本發(fā)明涉及仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種熱成型中模具冷卻溫度的仿真方法。

背景技術(shù)：

隨著世界節(jié)能減排的環(huán)保要求，汽車尾氣作為碳排放的重頭之一，如何減少汽車尾氣的排放是現(xiàn)在汽車工業(yè)的首要目標。汽車輕量化作為減少汽車碳排放的有效手段之一，已經(jīng)成為各大汽車廠重點研究的方向。為了實現(xiàn)汽車輕量化的同時不影響汽車安全性能，高強度鋼板已經(jīng)取代原有的低強度鋼板作為汽車用鋼板的主要材質(zhì)，但是由于其強度高，成型困難，回彈量大，給零部件制造帶來很多困難。

目前，國內(nèi)外都在嘗試使用熱沖壓的方式加工車用高強度鋼板零件。熱沖壓成型對相應(yīng)的熱模具提出了更高的要求，尤其是對模具的散熱性能，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)不適用了。近年來，熱沖壓下模具冷卻的cae(計算機輔助工程)分析研究已經(jīng)逐漸被用戶重視。但是，如何高效、準確地獲取模具溫度場仍然是cae仿真中的關(guān)鍵問題之一。

現(xiàn)有的獲取模具冷卻溫度場的方法是采用icfd(計算流體力學)方式計算。該方法需要定義進口以及出口的邊界，提交求解時，軟件會自動劃分網(wǎng)格，采用流體方式計算流體與模具水路邊界的熱交換，從而得到模具冷卻區(qū)的溫度場信息。

這種仿真方法雖然準確，但是存在較大的缺點：第一，計算時間非常長。由于是純流體的計算，需要花費大量的計算機資源與時間，一個循環(huán)往往需 要數(shù)十個小時，這對于cae分析來說，效率太低。第二，對使用者的要求太高。該方法需要使用者了解流體計算的相關(guān)基礎(chǔ)知識，不具有推廣性。第三，失真。該方法只支持一個進水口與一個出水口，不能進行多流道的分析，與實際生產(chǎn)情況有較大出入?；谏鲜?方面的缺點，現(xiàn)有技術(shù)中的方法不能很好地在模具設(shè)計前期階段提供實際的指導作用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題在于提供一種熱成型中模具冷卻溫度的仿真方法，使得計算速度快；對用戶要求低，操作方便，推廣性強；仿真結(jié)果更符合實際情況。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實施方式提供了一種熱成型中模具冷卻溫度的仿真方法，包括以下步驟：

建立模具的模型與坯料的模型；其中，所述模具中包含至少一個冷卻水路管路；所述冷卻水路管路與所述模具通過接觸面連接；所述接觸面為所述冷卻水路管路與所述模具之間因接觸所形成的界面；所述坯料的模型僅攜帶坯料成型后的形狀信息；

獲取所述模具、所述冷卻水路管路中冷卻液以及所述坯料的材料屬性，并獲取第一傳熱參數(shù)與第二傳熱參數(shù)；其中，所述第一傳熱參數(shù)為已具備材料屬性的坯料與已具備材料屬性的模具之間的傳熱參數(shù)，所述第二傳熱參數(shù)為已具備材料屬性的冷卻液與已具備材料屬性的模具之間的傳熱參數(shù)；

根據(jù)所述第一傳熱參數(shù)、所述第二傳熱參數(shù)進行動態(tài)模擬；其中，模擬結(jié)果中包含各個時間點所述模具的溫度場信息。

本發(fā)明實施方式相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，通過建立模具的模型與坯料的模型，并賦予其材料屬性，獲取已具備材料屬性的坯料與已具備材料屬性的模 具之間的傳熱參數(shù)以及已具備材料屬性的冷卻液與已具備材料屬性的模具之間的傳熱參數(shù)，再根據(jù)該熱參數(shù)進行動態(tài)模擬，可以通過模擬模具的溫度場變化，在模擬結(jié)果中可以獲取各個時間點模具的溫度場信息，而不用再根據(jù)流體計算，計算量小，使得計算速度快；而且，不需要用戶具備熱傳導計算的相關(guān)知識，只需要通過用戶獲取傳熱參數(shù)即可，操作簡單方便，利于推廣；模具中包含至少一個冷卻水路管路，可以根據(jù)實際情況模擬多根冷卻水路管路，而不是只能模擬單根冷卻水路管路，更符合實際情況，仿真結(jié)果更符合實際情況，能很好地在模具設(shè)計前期階段提供實際的指導作用。

可選地，在所述獲取第二傳熱參數(shù)的步驟中，根據(jù)牛頓冷卻定律計算得到所述第二傳熱參數(shù)。根據(jù)牛頓冷卻定律第二傳熱參數(shù)，速度塊，精度損失小。

可選地，在根據(jù)所述第一傳熱參數(shù)、所述第二傳熱參數(shù)進行動態(tài)模擬的步驟中，采用顯式動力學算法進行動態(tài)模擬。顯式動力學算法采用動力學方程的一些差分格式，不用直接求解切線剛度，不需要進行平衡迭代，也不需要組集總剛，需要的內(nèi)存較小，計算速度快，有較好的穩(wěn)定性。

可選地，所述模具中包含至少兩個冷卻水路管路；每個所述冷卻水路管路包含獨立的進水口與獨立的出水口；在進行動態(tài)模擬的步驟中，對每個所述冷卻水路管路進行獨立模擬。這樣，可以避免只能有一個進出口的限制，可單獨計算單根水路也可計算水路群，仿真結(jié)果更符合實際情況，具有實際意義。

可選地，在所述進行動態(tài)模擬的步驟之前，還包含以下步驟：從所有所述冷卻水路管路中選定工作的冷卻水路管路；在進行動態(tài)模擬的步驟中，僅對選定的冷卻水路管路進行動態(tài)模擬。在進行動態(tài)模擬的步驟中，僅對選定的冷卻水路管路進行動態(tài)模擬，這樣，用戶可以根據(jù)需求選取模擬的某個或者幾個冷卻水路管路進行模擬，而不用同時模擬所有的冷卻水路管路，可以 減少不必要的動態(tài)模擬，提高效率。

可選地，所述第一傳熱參數(shù)包含已具備材料屬性的坯料的溫度初始值、已具備材料屬性的模具的溫度初始值與接觸傳熱系數(shù)；其中，所述接觸傳熱系數(shù)為已具備材料屬性的坯料與已具備材料屬性的模具之間的傳熱系數(shù)；所述第二傳熱參數(shù)包含已具備材料屬性的冷卻液的溫度初始值、已具備材料屬性的模具的溫度初始值與水路傳熱系數(shù)；其中，所述水路傳熱系數(shù)為已具備材料屬性的冷卻液與已具備材料屬性的模具之間的傳熱系數(shù)。這樣，可以在模擬系統(tǒng)中準確地計算出冷卻水路管路中各處的溫度信息，保證了本發(fā)明實施方式的可行性。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式中的熱成型中模具冷卻溫度的仿真方法流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實施方式中的熱成型中模具冷卻溫度的仿真方法流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護的技術(shù)方案。

本發(fā)明的第一實施方式涉及一種熱成型中模具冷卻溫度的仿真方法，具體流程如圖1所示，包含以下步驟：

步驟101，建立模具的模型。其中，模具中包含至少一個冷卻水路管路；冷卻水路管路與模具通過接觸面連接，其中，接觸面為冷卻水路管路與模具之間因接觸所形成的界面。模具中可以包含多個冷卻水路管路，這樣，可以根據(jù)實際情況模擬多根冷卻水路管路，而不是只能模擬單根冷卻水路管路，更符合實際情況，仿真結(jié)果更符合實際情況。

具體的說，在本步驟中，可以建立模具的有限元模型。建立模具的有限元模型的方法具體如下：先建立模具的三維模型，接著利用前處理軟件在模具的三維造型上進行體網(wǎng)格劃分，得到模具的有限元網(wǎng)格模型。其中，前處理軟件可以是presys或者hypermesh等前處理軟件。

步驟102，建立坯料的模型。其中，坯料的模型僅攜帶坯料成型后的形狀信息，不帶有應(yīng)力、應(yīng)變信息。

具體的說，在本步驟中，建立坯料的有限元模型。建立坯料的有限元模型的方法具體如下：建立坯料的有限元模型的方法具體如下：先建立坯料的三維模型，接著利用前處理軟件在坯料的三維造型上進行體網(wǎng)格劃分，得到坯料的有限元網(wǎng)格模型。

這樣，經(jīng)體網(wǎng)格劃分后，模具與坯料之間的接觸面為網(wǎng)格段(segment)。

步驟103，獲取模具、冷卻水路管路中冷卻液以及坯料的材料屬性。

具體的說，模具的材料屬性為剛性材料，坯料的材料屬性為塑性變形體，冷卻液可以是水，或者其他材質(zhì)的液體。模具、冷卻液以及坯料的材料屬性還可以包括強度、硬度、熱傳導率、彈性、膨脹系數(shù)、比熱、摩擦系數(shù)、熔點等參數(shù)。

步驟104，獲取第一傳熱參數(shù)與第二傳熱參數(shù)。其中，第一傳熱參數(shù)為已具備材料屬性的坯料與已具備材料屬性的模具之間的傳熱參數(shù)，第二傳熱參數(shù)為已具備材料屬性的冷卻液與已具備材料屬性的模具之間的傳熱參數(shù)。

具體地，第一傳熱參數(shù)包含已具備材料屬性的坯料的溫度初始值、已具備材料屬性的模具的溫度初始值與接觸傳熱系數(shù)；其中，接觸傳熱系數(shù)為已具備材料屬性的坯料與已具備材料屬性的模具之間的傳熱系數(shù)；第二傳熱參數(shù)包含已具備材料屬性的冷卻液的溫度初始值、已具備材料屬性的模具的溫度初始值與水路傳熱系數(shù)；其中，水路傳熱系數(shù)為已具備材料屬性的冷卻液與已具備材料屬性的模具之間的傳熱系數(shù)。

具體地說，在獲取第二傳熱參數(shù)時，可以根據(jù)牛頓冷卻定律計算可以得到第二傳熱參數(shù)。根據(jù)牛頓冷卻定律第二傳熱參數(shù)，首先，計算速度快速，只需要1～3分鐘即可得出結(jié)果。而且，精度損失小，具體是精度可通過牛頓冷卻定律中的傳熱系數(shù)進行控制，精確的傳熱系數(shù)設(shè)定可以使得結(jié)果與icfd等傳統(tǒng)模式相同。

在實際應(yīng)用時，在建立模具的模型時和坯料的模型時，用戶可以在建模軟件中為模具、冷卻液與坯料添加材料屬性，并分別輸入模具、冷卻液與坯料在空氣中散熱的傳熱參數(shù)、第一傳熱參數(shù)與第二傳熱參數(shù)。這樣，不需要用戶具備熱傳導計算的相關(guān)知識，只需要用戶輸入傳熱參數(shù)即可，操作簡單方便，利于推廣。

步驟105，根據(jù)第一傳熱參數(shù)、第二傳熱參數(shù)進行動態(tài)模擬。其中，模擬結(jié)果中包含各個時間點模具的溫度場信息。

在本步驟中，根據(jù)傳熱參數(shù)進行動態(tài)模擬時可以采用顯式動力學算法進行動態(tài)模擬。具體的說，將設(shè)置好材料屬性后的模具的模型以及坯料的模型，整體在顯式動力學分析軟件中進行計算，獲取模擬結(jié)果。然后可以在后處理軟件(比如，可以是presys軟件)中根據(jù)模擬結(jié)果提取各個時間點上模具各處的溫度場信息，評價冷卻水路的冷卻情況。

在本步驟中，是根據(jù)牛頓冷卻定律計算模具、坯料以及冷卻液之間的熱傳導。具體地說，即熱量q＝傳熱系數(shù)h乘以面積a(也就是segment的面積)， 再乘以接觸物體之間溫度差。比如，在模擬模具與坯料之間的熱傳導時，假設(shè)模具的初始溫度是t01，坯料的初始溫度是t02，模具與坯料之間的接觸傳熱系數(shù)為h1，模具與坯料之間的接觸面積為s，模具與坯料之間傳遞的熱量為δq，則根據(jù)牛頓冷卻定律，上述各量之間存在如下關(guān)系：

δq＝h1*a*|t01-t02|

根據(jù)上式即可計算模具從坯料吸收的熱量δq，再根據(jù)模具的比熱容、質(zhì)量與初始溫度，可以計算模具吸收δq熱量后的溫度。相似地，模具與冷卻液之間的熱傳導也可以按照上述方法計算。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過建立模具的模型與坯料的模型，并賦予其材料屬性，獲取已具備材料屬性的坯料與已具備材料屬性的模具之間的傳熱參數(shù)以及已具備材料屬性的冷卻液與已具備材料屬性的模具之間的傳熱參數(shù)，再根據(jù)該熱參數(shù)進行動態(tài)模擬，可以通過模擬模具的溫度場變化，在模擬結(jié)果中可以獲取各個時間點模具的溫度場信息，而不用再根據(jù)流體計算，計算量小，使得計算速度快，具體地，該方法計算一次成型循環(huán)只需約1～3分鐘，在半小時左右可以進行10次左右的循環(huán)計算，大大節(jié)省了計算時間。而且本實施方式提供的方法只需要用戶輸入傳熱參數(shù)就能計算水路的冷卻情況，大大降低了對使用者的技術(shù)要求，操作簡單方便，利于推廣。另外在根據(jù)該熱參數(shù)進行動態(tài)模擬時采用顯式動力學算法，而不用再根據(jù)流體計算，計算速度快，大大節(jié)省了計算時間，而且還具有較好的穩(wěn)定性；模具中包含至少一個冷卻水路管路，可以根據(jù)實際情況模擬多根冷卻水路管路，而不是只能模擬單根冷卻水路管路，更符合實際情況，仿真結(jié)果更符合實際情況，能很好地在模具設(shè)計前期階段提供實際的指導作用；通過建立模具的有限元模型及坯料的有限元模型，使得模具的有限元模型及坯料的有限元模型能夠適用各種復(fù)雜的情況，計算精度較高。

本發(fā)明的第二實施方式涉及一種熱成型中模具冷卻溫度的仿真方法。第 二實施方式在第一實施方式的基礎(chǔ)上做了改進，改進之處之處在于：在本實施方式中，模具中包含至少兩個冷卻水路管路；每個冷卻水路管路包含獨立的進水口與獨立的出水口；在進行動態(tài)模擬的步驟中，對每個冷卻水路管路進行獨立模擬，具體流程如圖2所示。

步驟201-204與第一實施方式中的步驟101-104類似，在此不再贅述。

在步驟205中，從所有冷卻水路管路中選定工作的冷卻水路管路。具體的說，在本發(fā)明的實施方式中，模具中包含至少兩個冷卻水路管路，每個冷卻水路管路包含獨立的進水口與獨立的出水口，在進行動態(tài)模擬時，每個冷卻水路管路獨立進行。這樣，可以避免只能有一個進出口的限制，可單獨計算單根水路也可計算水路群，仿真結(jié)果更符合實際情況，具有實際意義。

在選定工作的冷卻水路管路時，可以在模擬系統(tǒng)中以勾選的方式，選定需要模擬的冷卻水路管路，也可以取消已選定的冷卻水路管路，用戶可以根據(jù)自身習慣選擇選定工作的冷卻水路管路的方式。

在步驟206中，根據(jù)第一傳熱參數(shù)與第二傳熱參數(shù)對選定的冷卻水路管路進行動態(tài)模擬。具體的說，在模擬系統(tǒng)中，以勾選方式選定需要模擬的冷卻水路管路后，可以通過點擊模擬系統(tǒng)中的“模擬”按鈕給模擬系統(tǒng)進行動態(tài)模擬的指令，模擬系統(tǒng)收到動態(tài)模擬的指令后，對選定的卻水路管路進行動態(tài)模擬。

本實施方式支持獨立的冷卻水路，避免了只能有一個進出口的限制，可單獨計算單根水路也可計算水路群，具有實際意義。在進行動態(tài)模擬的步驟中，僅對選定的冷卻水路管路進行動態(tài)模擬，這樣，用戶可以根據(jù)需求選取模擬的某個或者幾個冷卻水路管路進行模擬，而不用同時模擬所有的冷卻水路管路，可以減少不必要的動態(tài)模擬，提高效率。

上面各種方法的步驟劃分，只是為了描述清楚，實現(xiàn)時可以合并為一個步驟或者對某些步驟進行拆分，分解為多個步驟，只要包含相同的邏輯關(guān)系， 都在本專利的保護范圍內(nèi)；對算法中或者流程中添加無關(guān)緊要的修改或者引入無關(guān)緊要的設(shè)計，但不改變其算法和流程的核心設(shè)計都在該專利的保護范圍內(nèi)。

值得一提的是，本實施方式中所涉及到的各模塊均為邏輯模塊，在實際應(yīng)用中，一個邏輯單元可以是一個物理單元，也可以是一個物理單元的一部分，還可以以多個物理單元的組合實現(xiàn)。此外，為了突出本發(fā)明的創(chuàng)新部分，本實施方式中并沒有將與解決本發(fā)明所提出的技術(shù)問題關(guān)系不太密切的單元引入，但這并不表明本實施方式中不存在其它的單元。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述各實施方式是實現(xiàn)本發(fā)明的具體實施例，而在實際應(yīng)用中，可以在形式上和細節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。