三大冲压仿真软件AutoForm/DynaForm/PAM-STAMP综合对比

2016-11-25 by:CAE仿真在线来源:互联网

目前市面上有多款冲压仿真软件,比如国外的AutoForm、DynaForm、PAM-STAMP、JSTAMP等等,国内华中科技大学的FASTAMP等都得到了较广泛的应用;笔者就目前商用化最好的三款软件:AutoForm、DynaForm、PAM-STAMP在快速展开、重力、拉延、切边、回弹等几个主要的仿真领域进行测试,对操作界面、难易程度、展开尺寸、计算时间、计算后尺寸、厚度、回弹尺寸等方面进行对比,以综合评估这三款软件的差异。

(笔者接触PAM-STAMP 7年、DynaForm 6年、AutoForm 1年)

测试平台:

操作系统:windows7 SP1_X86

CPU:Intel Q620M (双核4线程,测试使用单核双线程)

测试软件平台(32bit):

AutoForm R3 V4.5

DynaForm 5.8 LS-DYNA LS971_R5.1.1

PAM-STAMP 2011.0

仿真相关数据及设置标准:

材质:所有案例材质均采用HC260LAD,厚度1mm:详细数据见附表。

工具网格:最大10mm,最小尺寸0.1mm,弦高差0.05;

板材网格:均匀网格大小为3mm ,网格细化层数为2

闭合速度:压边:2m/S 拉延:5m/S (AutoForm 压边1 拉延2)

摩擦系数:0.045

积分层数:7

终止条件:自动终止

定位:自动定位;

时间步长:各软件自动拟定;

前处理细节对比

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三个软件的前处理界面各有特色,AutoForm是基于零件设计流程化、向导式界面,而DynaForm则基于模具设计及零件设计传统界面与向导式界面的结合体,PAM-STAMP则是标准的Windows界面程序;

三个软件的模面网格划分都是自动化的,但PAM-STAMP对碎面较多的IGES的处理能力要优于AutoForm和DynaForm,整体来说,只要参数设置合理,都可以得到比较好的网格;

从IGES和网格输入输出上,DynaForm更灵活一些,比如导入的IGES含有多个层(多个模面)会自动分层,而AutoForm和PAM-STAMP不会自动分层,需要手动操作,比较麻烦;网格输入上,AutoForm会对输入的网格进行重划分,而DynaForm也PAM-STAMP可以比较好的支持Nastran网格等;三个软件都可以对3D边界曲线进行IGES输出;

对称条件设置DynaForm有些问题,不能定义任意角度,只能对XY等标准方向进行设置,而AutoForm和PAM-STAMP可以任意角度设置,但PAM-STAMP添加对称面过程比较复杂;

零部件定位,AutoForm是预先可视化自动进行的,DynaForm跟AutoForm比较类似,在多工序或者多工步的时候,只能预先设置位置,不能在第二步自动的接触定位;PAM-STAMP可以多工步自动定位,但是不是实时的(求解器自动定位)但功能上可以实现多工步模具的自动定位,(比如,计算完一步后,第二步的模具自动落在板料上,而不是从开始定义的位置进行移动)

工序工步设置过程,AutoForm比较简单,自动化程序较高(基于单一曲面片,适合于零件设计分析流程,而模具设计流程则需要单独处理一下),DynaForm的自动设置自5.7版本之后也日趋完善(零件设计分析流程和模具设计分析流程兼顾),PAM-STAMP自动设置过程比较繁琐,要求设置人员对软件的手动设置过程比较了解,因为有很多地方只能手动设置或自定义宏命令(这个也很繁琐);

计算终止条件,三个软件都可以实现用时间、距离、厚度等多种条件的计算终止设置,其中PAM-STAMP可以用多个条件进行控制且比较灵活,而AutoForm和DynaForm只能使用一个;但PAM-STAMP的料厚终止探测不是很好,经常提前终止,AutoForm和DynaForm要好一些;

求解器细节对比

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求解器对CAE软件的应用者来说,是一个黑盒子,PAM-STAMP在求解器再计算过程中可以随时点击菜单输出结果,AutoForm、DynaForm则只能预先定义,不能随时输出;

在计算完成后,如果需要上模还要往下压一段距离,AutoForm和DynaForm只能重新设置参数,重新计算,而PAM-STAMP可以在现有计算结果之上进行计算,无需重新分析;

后处理鞋机对比

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后处理,对于大部分结果的输出,3个软件都可以做到,比如厚度、应力应变、设备吨位预测等差别不大;从操作上讲PAM-STAMP更简易一些,AutoForm和DynaForm类似;

整体功能表一览(冲压相关)

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从目前最新版本看,在冲压领域,三个软件都可以做到全工位的和完整工序的分析;

3个软件本地化做的最好的是DynaForm,软件和帮助都已经汉化,AutoForm和PAM-STAMP都是英文的,目前还没有官方汉化版本;从易用性上讲,AutoForm和DynaForm相差不大,而PAM-STAMP对人的要求相对较高;

三个软件都可以进行回弹补偿,但是PAM-STAMP的曲面补偿是第三方软件完成的,要想得到最终的曲面还得买其他的软件,而AutoForm和DynaForm则不需要;

下面会重点对比测试零件展开、重力、拉延、切边、回弹等五个常用的功能进行综合测试,使用相同的材质和工艺参数条件,然后对比起结果的差异,本次测试的仅代表软件的计算结果,不代表与实际的物理现实的差距,仅用于软件研究和测试;

测试1:坯料快速展开(反求)

三个软件都有对零部件的反求模块,也就是AutoForm的ONESTEP,DynaForm的MSTEP,PAM-STAMP的inverse模块;用于对零部件的快速展平,以优化落料或料带设计;下面对3个软件的功能进行综合测试:

测试数据为:NumiSheet 2008 BM2_00_SRAIL_REFERENCE_GEOMETRY.igs

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总结:

三个软件都有快速反求模块,用于坯料的快速展开,其中DynaForm的速度和功能比AutoForm和PAM-STAMP丰富一些,DynaForm能够自动输出轮廓边线,其他2个软件需要手动输出,不过都比较方便,耽误不了多少时间;

展开的边线3个软件相差不大,PAM-STAMP和DynaForm更接近一些,这个与求解器的类型有关,这里不得不说一些DynaForm用的的求解器MSTEP为华中科技大学开发的,是国内为数不多的CAE领域的软件是搭配在DynaForm中,值的称赞!

下表为AutoForm、DynaForm、PAM-STAMP展开计算结果:

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三个软件的结果基本一致,其中红色线为AutoForm的结果,蓝色重合部分为DynaForm和PAM-STAMP的结果(2个重合了);

快速展开还可以定义约束点等功能,在AutoForm、DynaForm、PAM-STAMP等中可以进行类似的操作,本次测试就不再一一详述;

AutoForm和DynaForm还有对展开坯料的料带布局、材料利用率、价格计算等辅助功能,而PAM-STAMP就没有类似的功能了;

总之,相对而言,AutoForm和DynaForm的在坯料快速展开这个方面,要比PAM-STAMP功能更好一些,尤其是DynaForm是中文版的,国人开发的MSTEP求解器也很给力,所以可应用性比较好,目前DynaForm还支持分步展开,这个也是3个软件中独有的;

测试2:重力测试

测试题目DynaForm自带的fender例子,DynaForm和PAM-STAMP使用同样的网格(nas),AutoForm使用默认网格(AF输入nas网格后,使用和原网格大小差不多的设置条件);

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AutoForm不支持直接利用第三方网格,导入的模面NAS网格文件会直接变成三角网格,对于板料仅是抓取了输入数据的边线,所有的板材网格都是AutoForm自己生成的;

在计算速度上,AutoForm最快,这个也是业界公认的,PAM-STAMP和DynaForm计算时间基本一致。

计算精度上,AutoForm和DynaForm基本一致,详细看下页图片(DynaForm显示的是位移的绝对值,这个有些问题)PAM-STAMP的结果与前两者略有差距;

下表为AutoForm、DynaForm、PAM-STAMP重力计算结果:

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测试3:拉延测试

使用NumiSheet 2008 BM2案例,进行LC3的分析,摩擦系数为0.045,压边力为400KN;

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从计算速度看,AutoForm无愧于速度之王的美誉,计算速度完胜其他2个软件;DynaForm采用的LS971_R5.1.1的求解器,此版本的求解器计算速度比LS971_R3.2.1慢很多,后者只需要前者50%的时间,此问题在LS971_R6系列的求解器中得到解决,计算效率估计可以提高100%;PAM-STAMP的计算速度速度也是一般,没有太明显的变化;

从应变看,AutoForm计算结果应变比较小,而其他2个软件略大,

从FLD上看从区域看,AutoForm和DynaForm比较接近,而PAM-STAMP比较离散,PAM-STAMP的计算结果容易产生破裂风险,且区域与AutoForm和DynaForm有较大出入;

从PUNCH受力上看,3个软件的计算结果差异不大,基本一致;

从厚度上看,AutoForm和DynaForm比较接近,而PAM-STAMP的最小值偏小;

3.1 PUNCH受力(单位:KN)

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3.2 FLD曲线对比

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测试4:切边

三个软件都可以支持切孔、修边、开工艺口(破裂刀)的模拟,其中PAM-STAMP的设置最简单,无需指定开口的类型,由软件自动判断,而AutoForm和DynaForm必须由人工指定开口类型(2个软件的类似程度很高,不知道谁是原创:));三个软件都支持在多工步计算中自动修边,但PAM-STAMP没有单独的修边工序;下面为结果截图

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测试5:回弹测试

三个软件都可以对修边前后的工件进行回弹的模拟,结果如下:

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设置过程:三个软件的回弹设置都相对不是很复杂;

计算速度:AutoForm最快;PAM-STAMP次之,DynaForm最慢(LS971R6之后会有改善)

约束:三个软件都支持无约束回弹,也都支持节点约束和物理点坐标约束(DynaForm5.8之后才支持)

计算结果:使用同样的点约束设置,3个软件的结果差异性较大,这个也是回弹计算的特点,这也是笔者不再进行回弹补偿测试的原因,如果连回弹都不准确,补偿就更谈不上了,回弹补偿的流程3个软件都基本一致,只是PAM-STAMP需要单独的软件映射曲面罢了;

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通过以上的测试结果,三个软件都可以非常方便稳定的对全工序的冲压过程进行模拟分析,从计算效率上讲,AutoForm无愧于速度第一的美誉,目前确实是其他2款软件没法比拟的,从设置过程看,AutoForm和DynaForm的自动化程度要高一些,PAM-STAMP的设置方法已经好多年没有变化了,设置比较繁复,且很多时候都需要手动修订,从计算结果看,AutoForm的计算结果相对其他2款软件,其应变偏小,结果看起来更理想,而PAM-STAMP则容易出现破裂,失效风险更大(同等设置条件),所以在日常应用时,3个软件的设置参数需要进行积累和微调,不能以一个标准进行分析;

冲压过程的分析也需要积累和标准化的,不同零件及工况需要不同的设置参数,材料数据的积累也很重要,这些都需要应用部门进行大量的工作;软件只是工具,分析结果的准确度不光仅仅靠软件,应用人员的经验也很重要。

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