VDI 3417-2013 Realization and documentation of sheet metal forming simulation - System requirements.pdf

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1、 ICS 01.110, 25.120.01 VDI-RICHTLINIEN April 2013 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Durchfhrung und Dokumentation der Simulation der Blechumformung Lastenheft Realization and documentation of sheet metal forming simulation System requirements VDI 3417 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsc

2、he Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Produktion und Logistik (GPL) Fachbereich Produktionstechnik und Fertigungsverfahren VDI-Handbuch P

3、roduktionstechnik und Fertigungsverfahren, Band 3: Betriebsmittel Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgabe:11.05Formeredition:11/05Zubeziehendurch/AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772BerlinAlleRechtevorbehalten/ All rightsres

4、ervedVereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2013Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Allgemeine Empfehlungen zur Durchfhrung einer Simulation . 3 3 Lastenheft fr die Dokumentation . 4 3.1 Deckblatt 5 3.2 Eingabedaten und Simulationsparameter . 6 3.3 Si

5、mulationsergebnisse 8 Schrifttum 12 Anhang Dokumentation der Simulation Musterformbltter . 13 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 2 2 General recommendations regarding the performance of a simulation 3 3 System requirement for the documentation 4 3.1 Cover . 5 3.2 Input data and simulation

6、 parameters 6 3.3 Simulation results 8 Bibliography 12 Annex Simulation documentation standard forms . 21 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF8AD9NormCD - Stand 2013-04 2 VDI 3417 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie

7、 ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter W

8、ah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this guideline has been deve

9、loped in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of

10、 this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI Notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this guideline. Einleitung Die FEM-Simulation ist ein wesentlicher Prozess-schri

11、tt bei der Auslegung von Bauteilen und Werk-zeugen fr die Blechumformung. Dabei ist der Prozess der Erkenntnisfindung durch die Simula-tion dynamisch und erfolgt hufig unter Zeitdruck. Hieraus entsteht die Problematik, dass aus Simula-tionsuntersuchungen gewonnene Erkenntnisse nicht eindeutig und na

12、chvollziehbar dokumentiert werden. Sowohl von Seiten des Durchfhrenden als auch des Auftraggebers wird hierdurch die Nachvollziehbarkeit des Erkenntnisprozesses er-schwert und eine eventuell hieraus resultierende Modifikation der Aufgabenstellung und Aufwen-dungen nicht schnell und eindeutig erkennb

13、ar. In dieser Richtlinie sind daher wesentliche Ge-sichtspunkte, die bei der Planung, Durchfhrung und Beurteilung von Simulationen von Bedeutung sein knnen, zusammengestellt. Sie legt Inhalt und mgliche Form der Dokumentation von Simulatio-nen der Blechumformung fest. Die vorliegende Richtlinie setz

14、t Grundkenntnisse in der Simulationstechnik voraus. Sie wurde im Fachausschuss Simulation im Werkzeugbau“ erarbeitet. Introduction FEM simulation is an essential step in the process of designing components and tools for sheet metal forming. However, obtaining information through simulation is a dyna

15、mic process, and is often sub-ject to pressure of time. As a result, findings from simulation studies are not documented in a clear and traceable manner, which is problematic. For both the person performing the simulation and the orderer, it becomes more difficult to trace how findings were attained

16、, and quick and clear identi-fication of any resulting modification of the prob-lem definition and of expenses is not possible. This guideline therefore compiles essential criteria that may be relevant during planning, performance, and assessment of simulations. It specifies the con-tents and possib

17、le form of the documentation for sheet metal forming simulation. This guideline assumes basic knowledge of the simulation method. It has been drafted by the working committee “Simulation in tool manufac-ture”. 1 Anwendungsbereich Die Richtlinie richtet sich an Personen, die ber Kenntnisse der Umform

18、simulation von Blechen verfgen und einerseits Simulationsuntersuchun-gen in Auftrag geben oder als Dienstleister durch-fhren und Simulationen fr den Auftraggeber dokumentieren mssen. Sie untersttzt damit we-sentlich die Kommunikation zwischen diesen bei-den Partnern und trgt damit zu einem effizient

19、en Ablauf von Simulationsprojekten bei. Ziel der vorliegenden Richtlinie ist es, eine einheit-liche und vergleichbare Bewertung von FEM-1 Scope The guideline addresses persons having knowledge of sheet metal forming simulation, who place or-ders for simulation studies or, as service providers, perfo

20、rm such studies and have to document simu-lations for the orderer. It is thus an essential aid to the communication between these two partners, and contributes to efficient processing of simula-tion projects. This guideline is intended to allow harmonised and comparable assessment of sheet metal for

21、ming B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF8AD9NormCD - Stand 2013-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 VDI 3417 3 Simulationen der Blechumformung zu ermglichen und die Zusammenarbeit zwischen Nutzer und unternehmensinternen oder -externen Anbieter von Simulatio

22、nsleistungen zu erleichtern. Durch die Standardisierung knnen erarbeitete Simulations-ergebnisse reproduzierbar und qualitativ vergleich-bar beurteilt werden. Das Lastenheft beschreibt die Anforderungen des Anwenders/Auftraggebers hinsichtlich des Liefer- und Leistungsumfangs an die Dokumentation vo

23、n Simulationen der Blechumformung. Es soll den Anwender untersttzen, die Anforderungen festzu-legen. Der Vorschlag fr die Dokumentation von Simulationen ist als Rahmen zu betrachten, der die wesentlichen Aspekte beinhaltet. Projektabhngig knnen einzelne Punkte ergnzt und weggelassen werden. FEM simu

24、lations and to facilitate the cooperation between users and suppliers, in-house or external, of simulation services. Thanks to standardization, simulation findings can be assessed in a reproduci-ble way, allowing qualitative comparison. The system requirement describes the users/ orderers requiremen

25、ts with respect to the scope of supplies and services to be met by the documenta-tion of sheet metal forming simulation. It is meant to assist the user in specifying the requirements. The suggested documentation of simulations is to be regarded as a framework comprising the essen-tial aspects. Depen

26、ding on the project, individual items can be added or omitted. 2 Allgemeine Empfehlungen zur Durchfhrung einer Simulation Da die Simulationen mit verschiedenen Program-men durchgefhrt werden, erscheinen Vorgaben in dieser Richtlinie ber einzelne Parameter, die bei der Berechnung einzusetzen sind, ni

27、cht sinnvoll. Im Allgemeinen knnen die Default-Einstellungen und Empfehlungen der Softwarehersteller ber-nommen werden. Dabei sollte man beachten, dass der Prozessablauf (einfach- oder zweifachwirkend, Reibungszahl usw.) der Realitt entsprechend be-schrieben wird. Eine Dokumentation der wichtigs-ten

28、 Parameter ist empfehlenswert und kann sowohl firmen- als auch softwareabhngig in einer separa-ten Tabelle (z. B. Checkliste) zusammengefasst werden (vgl. Abschnitt 2.2.5). Folgende allgemeine Empfehlungen sind bei der Durchfhrung einer Simulation zu beachten: Die Netzverfeinerung sollte so eingeste

29、llt wer-den, dass der kleinste 90-Radius mit mindes-tens drei Elementen abgebildet wird. Bei einer Rckfederungsberechnung sollte die Anzahl der Elemente von drei auf mindestens fnf erhht werden. Ebenso sollten Durchsetzungen und Verprgungen deutlich abgebildet sein. Das Verhltnis Biegeradius/Blechdi

30、cke sollte bei Membranelementen 4 und bei Schalen-elementen 2,5 betragen. Bei Schalenelementen sind mindestens fnf Integrationspunkte ber der Blechdicke not-wendig. Fr eine Berechnung, die auch die an-schlieende Rckfederung einbezieht, sollten mindestens sieben Integrationspunkte verwen-det werden.

31、Sind die Integrationspunkte in Form einer Gauverteilung ber der Dicke an-2 General recommendations regarding the performance of a simulation As different software applications are used to per-form simulations, it does not seem convenient, in this guideline, to specify individual parameters to be use

32、d in the calculations. As a rule, the software companys default settings and recommendations can be adopted. In doing so, make sure that the process (single- or double-acting, coefficient of friction, etc.) is described true-to-reality. Docu-menting the most important parameters is recom-mended. The

33、y may be compiled in a separate table (e.g. checklist) for the respective company or soft-ware (see Section 2.2.5). The following general recommendations shall be taken into account when performing a simulation: The grid refinement should be adjusted in such a manner that the smallest 90-radius is m

34、apped using at least three elements. The calculation of the elastic recovery should be based on at least five instead of three elements. Also, penetra-tions and impressions should be shown clearly. The bending radius to sheet thickness ratio should be 4 for membrane elements, and 2,5 for shell eleme

35、nts. For shell elements, at least five integration points over the sheet thickness are required. At least seven integration points should be used if the calculation also takes into account subse-quent elastic recovery. If the arrangement of in-tegration points over the thickness follows a Gaussian d

36、istribution, five integration points B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF8AD9NormCD - Stand 2013-04 4 VDI 3417 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 geordnet, sollten fnf Integrationspunkte fr ei-ne Rckfederungsberechnung ausreichend sein. Bei Berechnungen mi

37、t expliziten Programmen sollten die Geschwindigkeiten nicht zu gro gewhlt werden, um dynamische Effekte zu vermeiden. Folgende Richtwerte werden empfohlen: Niederhaltergeschwindigkeit: 2 m/s Stempelgeschwindigkeit: 5 m/s Empfohlen wird die Verwendung einer Rampe als Anlauffunktion. Bei nicht abwicke

38、lbaren (z. B. doppelt ge-krmmten) Niederhaltern ist eine Berechnung des Niederhalterschlieens notwendig. Vor al-lem bei Auenhautteilen (von Fahrzeugen) sind Faltenbildungen beim Niederhalterschlieen zu vermeiden. Ziehsicken sollten nur durch Kurven beschrie-ben werden und nicht durch eine 3-D-Flchen

39、konstruktion. Die Ziehsickendarstellung durch Kurven ist vorteilhaft, weil sie Rechen-zeit spart und bei einer nderung der Sickenkraft grere Flexibilitt bietet. Bei einer 3-D-Flchenkonstruktion kann das Rckhalte-kraftverhalten der Ziehsicken durch eine nicht geeignete Sickenmodellierung falsch wiede

40、rge-geben werden. Zu einzelnen Aspekten des Lastenhefts sind je-weils weitere Empfehlungen/Erfahrungen, die sich in der Praxis bei der Durchfhrung von Simulatio-nen ergeben haben, als Anmerkung“ angegeben. should suffice for calculating the elastic recov-ery. When using explicit software for calcula

41、tions, selected speeds should be small enough to avoid dynamic effects. Recommended standard values are: hold-down device speed: 2 m/s punch speed: 5 m/s We recommend the use of a ramp as a start-up function. In the case of non-developable hold-down de-vices (such as double-curved ones), it is re-qu

42、ired to calculate the closing of the hold-down device. Any wrinkling as the hold-down device closes shall be avoided, in particular for skin components (of vehicles). Draw beads should only be described in terms of curves rather than 3-D surface models. Rep-resenting draw beads in terms of curves is

43、 ad-vantageous because it saves calculation time and offers greater flexibility. In a 3-D surface model, the restraining force behaviour of the draw beads may be rendered incorrectly, due to improper bead modelling. For further recommendations/experience gained from practical simulations, refer to t

44、he “Notes” regarding individual aspects of the system re-quirement. 3 Lastenheft fr die Dokumentation Die Durchfhrung einer Simulation und deren Ergebnisse mssen dokumentiert werden, um Transparenz und Nachvollziehbarkeit zu gewhr-leisten. Die Dokumentation sollte folgende Haupt-bestandteile umfasse

45、n: Deckblatt Informationen ber Eingabedaten und Simulationsparameter geeignete Darstellung der Simulations-ergebnisse Dabei sind sowohl Beschreibungen, Bilddarstel-lungen als auch das Ankreuzen zutreffender Para-meter mglich und zweckdienlich. Musterformbltter fr eine vollstndige Dokumen-tation eine

46、r Simulation werden im Anhang zur Verfgung gestellt. Der Austausch dieser Dokumente ist entweder in Papierform oder (bevorzugt) elektronisch mglich. 3 System requirement for the documentation The performance of a simulation and its results must be documented to ensure transparency and traceability.

47、The documentation should comprise the following main parts: cover information on input data and simulation parameters appropriate representation of the simulation results Possible and useful representations are descrip-tions, illustrations, as well as ticking parameters where applicable. Standard fo

48、rms for complete simulation documen-tation can be found in the Annex of this guideline.These documents can be exchanged either on paper or (preferably) by electronic means. For electronic B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF8AD9NormCD - Stand 2013-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenie

49、ure e.V., Dsseldorf 2013 VDI 3417 5 Bei elektronischem Dokumentenaustausch sollte ein universell nutzbares, neutrales Dateiformat verwendet werden. Bewhrt hat sich das Portable Data Format“ (PDF), das zudem weitgehend do-kumentenecht ist. document exchange, a universally applicable, neu-tral data format should be used. The “Portable Data Format” (PDF), has proven useful and is, more-over, largely indelible. 3.1 Deckblatt