羅序利等

摘要： 針對(duì)仿真計(jì)算速度已成為制約沖壓產(chǎn)品開發(fā)工程師和模具設(shè)計(jì)工程師工作效率提高的重要因素的問題，詳細(xì)介紹影響JSTAMP/NV仿真計(jì)算速度的重要因素，在滿足不同仿真需求的情況下推薦使用合適的仿真參數(shù)以合理利用計(jì)算資源；介紹JSTAMP/NV中一些特殊功能以進(jìn)一步提升仿真計(jì)算速度.

關(guān)鍵詞： 金屬成型； 沖壓； JSTAMP/NV； 仿真； 效率； 大規(guī)模并行處理

中圖分類號(hào)： TG386.4；TB115.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B

Abstract： As to the issue that the simulation calculation speed has become a key factor that restricts the work efficiency of stamping product development engineers and die design engineers， the important factors that affect the simulation calculation speed using JSTAMP/NV are detailed， and some appropriate simulation parameters that can be used to rationally utilize the computing resources are recommended to meet the different simulation requirements； some special functions of JSTAMP/NV are introduced to further improve the simulation calculation speed.

Key words： metal forming； stamping； JSTAMP/NV； simulation； efficiency； massive parallel processing

引言

如今，板料沖壓數(shù)值模擬軟件已廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域，在產(chǎn)品制造之前事先預(yù)測(cè)板料的成型性能為面向制造的設(shè)計(jì)提供成功保證.然而，板料沖壓是大撓度、大變形的復(fù)雜多體接觸力學(xué)問題，板料沖壓數(shù)值模擬涉及板料彈塑性變形的描述和計(jì)算、板料與模具間接觸力和摩擦力的計(jì)算、模具的幾何形狀和運(yùn)動(dòng)計(jì)算以及壓力機(jī)加載過程的模擬計(jì)算等，僅使用普通計(jì)算機(jī)計(jì)算，其仿真計(jì)算時(shí)間往往需要數(shù)小時(shí)之久，影響工程師的工作效率和設(shè)計(jì)思路的連貫性.當(dāng)然，計(jì)算機(jī)的硬件配置和CPU核數(shù)對(duì)提升計(jì)算速度有明顯影響，除增配硬件設(shè)施外，JSTAMP/NV中的一些推薦設(shè)置和特殊功能也可以在滿足仿真需求的前提下節(jié)省計(jì)算資源、提升計(jì)算速度.

1影響仿真計(jì)算速度的因素

在計(jì)算資源一定的情況下，根據(jù)設(shè)計(jì)階段和仿真目的的不同，設(shè)置適當(dāng)?shù)姆抡鎱?shù)，合理利用計(jì)算資源，往往能夠減少計(jì)算時(shí)間并達(dá)到事半功倍的效果.JSTAMP/NV中對(duì)一些影響計(jì)算速度的參數(shù)給出不同場(chǎng)合的推薦設(shè)置.

1.1坯料網(wǎng)格尺寸

在進(jìn)行仿真計(jì)算之前，需要對(duì)板坯進(jìn)行有限元網(wǎng)格離散化，也就是通常所說的劃分網(wǎng)格.坯料網(wǎng)格疏密程度是影響仿真計(jì)算速度的重要因素.網(wǎng)格劃分太密，計(jì)算速度就會(huì)變慢；網(wǎng)格劃分太粗，雖然仿真計(jì)算時(shí)間縮短，但是其精度也必然受到一定的影響.按照一般經(jīng)驗(yàn)，可以根據(jù)90°模具圓角半徑上的單元數(shù)量確定坯料網(wǎng)格的大小，見表1.有時(shí)，為了提高仿真精度，可以將網(wǎng)格劃分得比推薦值更細(xì)致，但坯料網(wǎng)格尺寸盡量不小于板料的厚度，而且不能小于板厚的70%，如果一定要小于該值，為保證仿真計(jì)算的精度，推薦使用實(shí)體單元進(jìn)行模擬.

2提升計(jì)算速度的策略

JSTAMP/NV還提供一些特殊的功能，用于更好地解決計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)的問題.

2.1自適應(yīng)網(wǎng)格

網(wǎng)格自適應(yīng)是指在板料成型模擬過程中，當(dāng)坯料遇到比較劇烈的變形時(shí)可以自動(dòng)將局部區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化處理，以提高這些部位計(jì)算的準(zhǔn)確度.因?yàn)槌跏嫉臎_壓板材通常比較平坦且形狀很簡(jiǎn)單，在劃分網(wǎng)格時(shí)，若網(wǎng)格較粗，則可能引起較大誤差；但若采用細(xì)密的網(wǎng)格，則單元總數(shù)增加且單元尺寸減小，這將降低極限時(shí)的步長(zhǎng)，增加計(jì)算機(jī)時(shí).雖然有時(shí)可以通過在前處理中采用局部細(xì)分網(wǎng)格的方式節(jié)省機(jī)時(shí)，但由于板料大變形和在模具中的相對(duì)滑動(dòng)，所以難以預(yù)測(cè)局部細(xì)分網(wǎng)格在初始狀態(tài)板料上的相對(duì)位置，而且局部細(xì)分網(wǎng)格在前處理時(shí)也有很大麻煩.自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)能很好地解決這一問題，并在時(shí)間與精度上巧妙地取得平衡，見圖2.

JSTAMP/NV在設(shè)定板材計(jì)算條件時(shí)可以勾選“使用自適應(yīng)選項(xiàng)”（推薦自適應(yīng)網(wǎng)格加密級(jí)數(shù)采用2～3級(jí)）.JSTAMP/NV的殼單元網(wǎng)格可以通過自適應(yīng)的方式在保證計(jì)算精度不明顯下降的前提下極大減少計(jì)算時(shí)間，并且JSTAMP/NV還對(duì)自適應(yīng)算法進(jìn)行優(yōu)化，在輸出結(jié)果文件時(shí)再次進(jìn)行網(wǎng)格劃分，進(jìn)一步減少求解器對(duì)硬盤讀取操作的時(shí)間，從而再一次提高計(jì)算速度.

2.2設(shè)置質(zhì)量縮放倍率

虛擬時(shí)間步長(zhǎng)用來控制最小時(shí)間步長(zhǎng)，LSDYNA求解器根據(jù)坯料中最小網(wǎng)格單元設(shè)定最小計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)，因此可以通過人為增加最小時(shí)間步長(zhǎng)的方式加快計(jì)算速度.這種通過改變虛擬時(shí)間步長(zhǎng)縮減計(jì)算時(shí)間的方式被稱為質(zhì)量縮放.適當(dāng)?shù)卦黾訒r(shí)間步長(zhǎng)可以在不對(duì)結(jié)果產(chǎn)生太大誤差的情況下有效地縮短模擬計(jì)算的時(shí)間，見圖3.

虛擬時(shí)間步長(zhǎng)的取值可為正值和負(fù)值.若取正值，則不論單元最小時(shí)間步長(zhǎng)是否小于虛擬時(shí)間步長(zhǎng)，程序都將所有單元的時(shí)間步長(zhǎng)統(tǒng)一設(shè)定為虛擬時(shí)間步長(zhǎng)；若取負(fù)值，則程序只會(huì)將單元最小時(shí)間步長(zhǎng)小于虛擬時(shí)間步長(zhǎng)的那些單元修改為虛擬時(shí)間步長(zhǎng)的值，其余單元仍使用原來的時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算.

2.3部分計(jì)算功能

JSTAMP/NV的部分計(jì)算功能是指當(dāng)模具的局部形狀發(fā)生更改時(shí)，可使用對(duì)應(yīng)模具修改部分的板材網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算，而無須重新計(jì)算全部板料，見圖4.

2.4計(jì)算參數(shù)匯集功能的使用

JSTAMP/NV的計(jì)算參數(shù)匯集功能可批量設(shè)定新追加工序或現(xiàn)有工序計(jì)算參數(shù)，見圖5.批量設(shè)定的計(jì)算參數(shù)從指定的文本文件（計(jì)算參數(shù)匯集文件）中讀入.用戶可以在工序流程面板新建某工序或右鍵選擇已存在的工序，在彈出的快捷菜單欄中選擇“計(jì)算參數(shù)匯集的使用”，該功能提供“快速”“標(biāo)準(zhǔn)”和“精確”等3種等級(jí)計(jì)算精度.根據(jù)仿真目的選擇對(duì)應(yīng)的精度等級(jí)，如在成型預(yù)測(cè)中選擇粗算，在回彈、回彈補(bǔ)償和表面質(zhì)量評(píng)估中則選擇精算.

2.5合適求解器的選擇

對(duì)稱多處理系統(tǒng)（Symmetric Multi Processing，SMP）在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上匯集一組緊耦合處理器，各個(gè)處理器之間共享內(nèi)存、子系統(tǒng)和總線結(jié)構(gòu)，因此其最大特點(diǎn)就是共享所有資源.相對(duì)于非對(duì)稱多處理技術(shù)，SMP是應(yīng)用十分廣泛的并行技術(shù).在SMP中，系統(tǒng)資源被系統(tǒng)中所有處理器共享，工作負(fù)載能夠均勻地分配到所有可用的處理器上.2～4個(gè)處理器對(duì)于計(jì)算速度的提高較好，當(dāng)大于8個(gè)處理器時(shí)計(jì)算速度的提高達(dá)到飽和.

大規(guī)模并行處理系統(tǒng)（Massive Parallel Processing，MPP）由許多松耦合的處理單元組成.要注意的是，這里指的是處理單元而不是處理器.每個(gè)處理單元內(nèi)的處理器都有自己私有的資源，如總線、內(nèi)存和硬盤等；每個(gè)處理單元內(nèi)都有操作系統(tǒng)和管理數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)例復(fù)本.這種計(jì)算方式將模型分成多個(gè)域（見圖6），每個(gè)處理器求解一個(gè)域，每個(gè)域的節(jié)點(diǎn)邊界交換信息.與SMP相比，MPP交換信息較少，可以配置大于64個(gè)以上的處理器.SMP和MPP求解器計(jì)算時(shí)間對(duì)比見圖7.

3結(jié)束語

在不增加計(jì)算機(jī)硬件配置的情況下，可以通過優(yōu)化仿真參數(shù)在計(jì)算精度與計(jì)算時(shí)間之間尋求平衡，以在滿足仿真需求的基礎(chǔ)上合理利用計(jì)算資源，提升計(jì)算速度.同時(shí)，JSTAMP/NV也提供一些特殊功能用以進(jìn)一步縮減計(jì)算機(jī)時(shí)，提升仿真效率.

（編輯于杰）

摘要： 針對(duì)仿真計(jì)算速度已成為制約沖壓產(chǎn)品開發(fā)工程師和模具設(shè)計(jì)工程師工作效率提高的重要因素的問題，詳細(xì)介紹影響JSTAMP/NV仿真計(jì)算速度的重要因素，在滿足不同仿真需求的情況下推薦使用合適的仿真參數(shù)以合理利用計(jì)算資源；介紹JSTAMP/NV中一些特殊功能以進(jìn)一步提升仿真計(jì)算速度.

關(guān)鍵詞： 金屬成型； 沖壓； JSTAMP/NV； 仿真； 效率； 大規(guī)模并行處理

中圖分類號(hào)： TG386.4；TB115.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B

Abstract： As to the issue that the simulation calculation speed has become a key factor that restricts the work efficiency of stamping product development engineers and die design engineers， the important factors that affect the simulation calculation speed using JSTAMP/NV are detailed， and some appropriate simulation parameters that can be used to rationally utilize the computing resources are recommended to meet the different simulation requirements； some special functions of JSTAMP/NV are introduced to further improve the simulation calculation speed.

Key words： metal forming； stamping； JSTAMP/NV； simulation； efficiency； massive parallel processing

引言

如今，板料沖壓數(shù)值模擬軟件已廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域，在產(chǎn)品制造之前事先預(yù)測(cè)板料的成型性能為面向制造的設(shè)計(jì)提供成功保證.然而，板料沖壓是大撓度、大變形的復(fù)雜多體接觸力學(xué)問題，板料沖壓數(shù)值模擬涉及板料彈塑性變形的描述和計(jì)算、板料與模具間接觸力和摩擦力的計(jì)算、模具的幾何形狀和運(yùn)動(dòng)計(jì)算以及壓力機(jī)加載過程的模擬計(jì)算等，僅使用普通計(jì)算機(jī)計(jì)算，其仿真計(jì)算時(shí)間往往需要數(shù)小時(shí)之久，影響工程師的工作效率和設(shè)計(jì)思路的連貫性.當(dāng)然，計(jì)算機(jī)的硬件配置和CPU核數(shù)對(duì)提升計(jì)算速度有明顯影響，除增配硬件設(shè)施外，JSTAMP/NV中的一些推薦設(shè)置和特殊功能也可以在滿足仿真需求的前提下節(jié)省計(jì)算資源、提升計(jì)算速度.

1影響仿真計(jì)算速度的因素

在計(jì)算資源一定的情況下，根據(jù)設(shè)計(jì)階段和仿真目的的不同，設(shè)置適當(dāng)?shù)姆抡鎱?shù)，合理利用計(jì)算資源，往往能夠減少計(jì)算時(shí)間并達(dá)到事半功倍的效果.JSTAMP/NV中對(duì)一些影響計(jì)算速度的參數(shù)給出不同場(chǎng)合的推薦設(shè)置.

1.1坯料網(wǎng)格尺寸

在進(jìn)行仿真計(jì)算之前，需要對(duì)板坯進(jìn)行有限元網(wǎng)格離散化，也就是通常所說的劃分網(wǎng)格.坯料網(wǎng)格疏密程度是影響仿真計(jì)算速度的重要因素.網(wǎng)格劃分太密，計(jì)算速度就會(huì)變慢；網(wǎng)格劃分太粗，雖然仿真計(jì)算時(shí)間縮短，但是其精度也必然受到一定的影響.按照一般經(jīng)驗(yàn)，可以根據(jù)90°模具圓角半徑上的單元數(shù)量確定坯料網(wǎng)格的大小，見表1.有時(shí)，為了提高仿真精度，可以將網(wǎng)格劃分得比推薦值更細(xì)致，但坯料網(wǎng)格尺寸盡量不小于板料的厚度，而且不能小于板厚的70%，如果一定要小于該值，為保證仿真計(jì)算的精度，推薦使用實(shí)體單元進(jìn)行模擬.

2提升計(jì)算速度的策略

JSTAMP/NV還提供一些特殊的功能，用于更好地解決計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)的問題.

2.1自適應(yīng)網(wǎng)格

網(wǎng)格自適應(yīng)是指在板料成型模擬過程中，當(dāng)坯料遇到比較劇烈的變形時(shí)可以自動(dòng)將局部區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化處理，以提高這些部位計(jì)算的準(zhǔn)確度.因?yàn)槌跏嫉臎_壓板材通常比較平坦且形狀很簡(jiǎn)單，在劃分網(wǎng)格時(shí)，若網(wǎng)格較粗，則可能引起較大誤差；但若采用細(xì)密的網(wǎng)格，則單元總數(shù)增加且單元尺寸減小，這將降低極限時(shí)的步長(zhǎng)，增加計(jì)算機(jī)時(shí).雖然有時(shí)可以通過在前處理中采用局部細(xì)分網(wǎng)格的方式節(jié)省機(jī)時(shí)，但由于板料大變形和在模具中的相對(duì)滑動(dòng)，所以難以預(yù)測(cè)局部細(xì)分網(wǎng)格在初始狀態(tài)板料上的相對(duì)位置，而且局部細(xì)分網(wǎng)格在前處理時(shí)也有很大麻煩.自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)能很好地解決這一問題，并在時(shí)間與精度上巧妙地取得平衡，見圖2.

JSTAMP/NV在設(shè)定板材計(jì)算條件時(shí)可以勾選“使用自適應(yīng)選項(xiàng)”（推薦自適應(yīng)網(wǎng)格加密級(jí)數(shù)采用2～3級(jí)）.JSTAMP/NV的殼單元網(wǎng)格可以通過自適應(yīng)的方式在保證計(jì)算精度不明顯下降的前提下極大減少計(jì)算時(shí)間，并且JSTAMP/NV還對(duì)自適應(yīng)算法進(jìn)行優(yōu)化，在輸出結(jié)果文件時(shí)再次進(jìn)行網(wǎng)格劃分，進(jìn)一步減少求解器對(duì)硬盤讀取操作的時(shí)間，從而再一次提高計(jì)算速度.

2.2設(shè)置質(zhì)量縮放倍率

虛擬時(shí)間步長(zhǎng)用來控制最小時(shí)間步長(zhǎng)，LSDYNA求解器根據(jù)坯料中最小網(wǎng)格單元設(shè)定最小計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)，因此可以通過人為增加最小時(shí)間步長(zhǎng)的方式加快計(jì)算速度.這種通過改變虛擬時(shí)間步長(zhǎng)縮減計(jì)算時(shí)間的方式被稱為質(zhì)量縮放.適當(dāng)?shù)卦黾訒r(shí)間步長(zhǎng)可以在不對(duì)結(jié)果產(chǎn)生太大誤差的情況下有效地縮短模擬計(jì)算的時(shí)間，見圖3.

虛擬時(shí)間步長(zhǎng)的取值可為正值和負(fù)值.若取正值，則不論單元最小時(shí)間步長(zhǎng)是否小于虛擬時(shí)間步長(zhǎng)，程序都將所有單元的時(shí)間步長(zhǎng)統(tǒng)一設(shè)定為虛擬時(shí)間步長(zhǎng)；若取負(fù)值，則程序只會(huì)將單元最小時(shí)間步長(zhǎng)小于虛擬時(shí)間步長(zhǎng)的那些單元修改為虛擬時(shí)間步長(zhǎng)的值，其余單元仍使用原來的時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算.

2.3部分計(jì)算功能

JSTAMP/NV的部分計(jì)算功能是指當(dāng)模具的局部形狀發(fā)生更改時(shí)，可使用對(duì)應(yīng)模具修改部分的板材網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算，而無須重新計(jì)算全部板料，見圖4.

2.4計(jì)算參數(shù)匯集功能的使用

JSTAMP/NV的計(jì)算參數(shù)匯集功能可批量設(shè)定新追加工序或現(xiàn)有工序計(jì)算參數(shù)，見圖5.批量設(shè)定的計(jì)算參數(shù)從指定的文本文件（計(jì)算參數(shù)匯集文件）中讀入.用戶可以在工序流程面板新建某工序或右鍵選擇已存在的工序，在彈出的快捷菜單欄中選擇“計(jì)算參數(shù)匯集的使用”，該功能提供“快速”“標(biāo)準(zhǔn)”和“精確”等3種等級(jí)計(jì)算精度.根據(jù)仿真目的選擇對(duì)應(yīng)的精度等級(jí)，如在成型預(yù)測(cè)中選擇粗算，在回彈、回彈補(bǔ)償和表面質(zhì)量評(píng)估中則選擇精算.

2.5合適求解器的選擇

對(duì)稱多處理系統(tǒng)（Symmetric Multi Processing，SMP）在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上匯集一組緊耦合處理器，各個(gè)處理器之間共享內(nèi)存、子系統(tǒng)和總線結(jié)構(gòu)，因此其最大特點(diǎn)就是共享所有資源.相對(duì)于非對(duì)稱多處理技術(shù)，SMP是應(yīng)用十分廣泛的并行技術(shù).在SMP中，系統(tǒng)資源被系統(tǒng)中所有處理器共享，工作負(fù)載能夠均勻地分配到所有可用的處理器上.2～4個(gè)處理器對(duì)于計(jì)算速度的提高較好，當(dāng)大于8個(gè)處理器時(shí)計(jì)算速度的提高達(dá)到飽和.

大規(guī)模并行處理系統(tǒng)（Massive Parallel Processing，MPP）由許多松耦合的處理單元組成.要注意的是，這里指的是處理單元而不是處理器.每個(gè)處理單元內(nèi)的處理器都有自己私有的資源，如總線、內(nèi)存和硬盤等；每個(gè)處理單元內(nèi)都有操作系統(tǒng)和管理數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)例復(fù)本.這種計(jì)算方式將模型分成多個(gè)域（見圖6），每個(gè)處理器求解一個(gè)域，每個(gè)域的節(jié)點(diǎn)邊界交換信息.與SMP相比，MPP交換信息較少，可以配置大于64個(gè)以上的處理器.SMP和MPP求解器計(jì)算時(shí)間對(duì)比見圖7.

3結(jié)束語

在不增加計(jì)算機(jī)硬件配置的情況下，可以通過優(yōu)化仿真參數(shù)在計(jì)算精度與計(jì)算時(shí)間之間尋求平衡，以在滿足仿真需求的基礎(chǔ)上合理利用計(jì)算資源，提升計(jì)算速度.同時(shí)，JSTAMP/NV也提供一些特殊功能用以進(jìn)一步縮減計(jì)算機(jī)時(shí)，提升仿真效率.

（編輯于杰）

摘要： 針對(duì)仿真計(jì)算速度已成為制約沖壓產(chǎn)品開發(fā)工程師和模具設(shè)計(jì)工程師工作效率提高的重要因素的問題，詳細(xì)介紹影響JSTAMP/NV仿真計(jì)算速度的重要因素，在滿足不同仿真需求的情況下推薦使用合適的仿真參數(shù)以合理利用計(jì)算資源；介紹JSTAMP/NV中一些特殊功能以進(jìn)一步提升仿真計(jì)算速度.

關(guān)鍵詞： 金屬成型； 沖壓； JSTAMP/NV； 仿真； 效率； 大規(guī)模并行處理

中圖分類號(hào)： TG386.4；TB115.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B

Abstract： As to the issue that the simulation calculation speed has become a key factor that restricts the work efficiency of stamping product development engineers and die design engineers， the important factors that affect the simulation calculation speed using JSTAMP/NV are detailed， and some appropriate simulation parameters that can be used to rationally utilize the computing resources are recommended to meet the different simulation requirements； some special functions of JSTAMP/NV are introduced to further improve the simulation calculation speed.

Key words： metal forming； stamping； JSTAMP/NV； simulation； efficiency； massive parallel processing

引言

如今，板料沖壓數(shù)值模擬軟件已廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域，在產(chǎn)品制造之前事先預(yù)測(cè)板料的成型性能為面向制造的設(shè)計(jì)提供成功保證.然而，板料沖壓是大撓度、大變形的復(fù)雜多體接觸力學(xué)問題，板料沖壓數(shù)值模擬涉及板料彈塑性變形的描述和計(jì)算、板料與模具間接觸力和摩擦力的計(jì)算、模具的幾何形狀和運(yùn)動(dòng)計(jì)算以及壓力機(jī)加載過程的模擬計(jì)算等，僅使用普通計(jì)算機(jī)計(jì)算，其仿真計(jì)算時(shí)間往往需要數(shù)小時(shí)之久，影響工程師的工作效率和設(shè)計(jì)思路的連貫性.當(dāng)然，計(jì)算機(jī)的硬件配置和CPU核數(shù)對(duì)提升計(jì)算速度有明顯影響，除增配硬件設(shè)施外，JSTAMP/NV中的一些推薦設(shè)置和特殊功能也可以在滿足仿真需求的前提下節(jié)省計(jì)算資源、提升計(jì)算速度.

1影響仿真計(jì)算速度的因素

在計(jì)算資源一定的情況下，根據(jù)設(shè)計(jì)階段和仿真目的的不同，設(shè)置適當(dāng)?shù)姆抡鎱?shù)，合理利用計(jì)算資源，往往能夠減少計(jì)算時(shí)間并達(dá)到事半功倍的效果.JSTAMP/NV中對(duì)一些影響計(jì)算速度的參數(shù)給出不同場(chǎng)合的推薦設(shè)置.

1.1坯料網(wǎng)格尺寸

在進(jìn)行仿真計(jì)算之前，需要對(duì)板坯進(jìn)行有限元網(wǎng)格離散化，也就是通常所說的劃分網(wǎng)格.坯料網(wǎng)格疏密程度是影響仿真計(jì)算速度的重要因素.網(wǎng)格劃分太密，計(jì)算速度就會(huì)變慢；網(wǎng)格劃分太粗，雖然仿真計(jì)算時(shí)間縮短，但是其精度也必然受到一定的影響.按照一般經(jīng)驗(yàn)，可以根據(jù)90°模具圓角半徑上的單元數(shù)量確定坯料網(wǎng)格的大小，見表1.有時(shí)，為了提高仿真精度，可以將網(wǎng)格劃分得比推薦值更細(xì)致，但坯料網(wǎng)格尺寸盡量不小于板料的厚度，而且不能小于板厚的70%，如果一定要小于該值，為保證仿真計(jì)算的精度，推薦使用實(shí)體單元進(jìn)行模擬.

2提升計(jì)算速度的策略

JSTAMP/NV還提供一些特殊的功能，用于更好地解決計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)的問題.

2.1自適應(yīng)網(wǎng)格

網(wǎng)格自適應(yīng)是指在板料成型模擬過程中，當(dāng)坯料遇到比較劇烈的變形時(shí)可以自動(dòng)將局部區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化處理，以提高這些部位計(jì)算的準(zhǔn)確度.因?yàn)槌跏嫉臎_壓板材通常比較平坦且形狀很簡(jiǎn)單，在劃分網(wǎng)格時(shí)，若網(wǎng)格較粗，則可能引起較大誤差；但若采用細(xì)密的網(wǎng)格，則單元總數(shù)增加且單元尺寸減小，這將降低極限時(shí)的步長(zhǎng)，增加計(jì)算機(jī)時(shí).雖然有時(shí)可以通過在前處理中采用局部細(xì)分網(wǎng)格的方式節(jié)省機(jī)時(shí)，但由于板料大變形和在模具中的相對(duì)滑動(dòng)，所以難以預(yù)測(cè)局部細(xì)分網(wǎng)格在初始狀態(tài)板料上的相對(duì)位置，而且局部細(xì)分網(wǎng)格在前處理時(shí)也有很大麻煩.自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)能很好地解決這一問題，并在時(shí)間與精度上巧妙地取得平衡，見圖2.

JSTAMP/NV在設(shè)定板材計(jì)算條件時(shí)可以勾選“使用自適應(yīng)選項(xiàng)”（推薦自適應(yīng)網(wǎng)格加密級(jí)數(shù)采用2～3級(jí)）.JSTAMP/NV的殼單元網(wǎng)格可以通過自適應(yīng)的方式在保證計(jì)算精度不明顯下降的前提下極大減少計(jì)算時(shí)間，并且JSTAMP/NV還對(duì)自適應(yīng)算法進(jìn)行優(yōu)化，在輸出結(jié)果文件時(shí)再次進(jìn)行網(wǎng)格劃分，進(jìn)一步減少求解器對(duì)硬盤讀取操作的時(shí)間，從而再一次提高計(jì)算速度.

2.2設(shè)置質(zhì)量縮放倍率

虛擬時(shí)間步長(zhǎng)用來控制最小時(shí)間步長(zhǎng)，LSDYNA求解器根據(jù)坯料中最小網(wǎng)格單元設(shè)定最小計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)，因此可以通過人為增加最小時(shí)間步長(zhǎng)的方式加快計(jì)算速度.這種通過改變虛擬時(shí)間步長(zhǎng)縮減計(jì)算時(shí)間的方式被稱為質(zhì)量縮放.適當(dāng)?shù)卦黾訒r(shí)間步長(zhǎng)可以在不對(duì)結(jié)果產(chǎn)生太大誤差的情況下有效地縮短模擬計(jì)算的時(shí)間，見圖3.

虛擬時(shí)間步長(zhǎng)的取值可為正值和負(fù)值.若取正值，則不論單元最小時(shí)間步長(zhǎng)是否小于虛擬時(shí)間步長(zhǎng)，程序都將所有單元的時(shí)間步長(zhǎng)統(tǒng)一設(shè)定為虛擬時(shí)間步長(zhǎng)；若取負(fù)值，則程序只會(huì)將單元最小時(shí)間步長(zhǎng)小于虛擬時(shí)間步長(zhǎng)的那些單元修改為虛擬時(shí)間步長(zhǎng)的值，其余單元仍使用原來的時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算.

2.3部分計(jì)算功能

JSTAMP/NV的部分計(jì)算功能是指當(dāng)模具的局部形狀發(fā)生更改時(shí)，可使用對(duì)應(yīng)模具修改部分的板材網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算，而無須重新計(jì)算全部板料，見圖4.

2.4計(jì)算參數(shù)匯集功能的使用

JSTAMP/NV的計(jì)算參數(shù)匯集功能可批量設(shè)定新追加工序或現(xiàn)有工序計(jì)算參數(shù)，見圖5.批量設(shè)定的計(jì)算參數(shù)從指定的文本文件（計(jì)算參數(shù)匯集文件）中讀入.用戶可以在工序流程面板新建某工序或右鍵選擇已存在的工序，在彈出的快捷菜單欄中選擇“計(jì)算參數(shù)匯集的使用”，該功能提供“快速”“標(biāo)準(zhǔn)”和“精確”等3種等級(jí)計(jì)算精度.根據(jù)仿真目的選擇對(duì)應(yīng)的精度等級(jí)，如在成型預(yù)測(cè)中選擇粗算，在回彈、回彈補(bǔ)償和表面質(zhì)量評(píng)估中則選擇精算.

2.5合適求解器的選擇

對(duì)稱多處理系統(tǒng)（Symmetric Multi Processing，SMP）在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上匯集一組緊耦合處理器，各個(gè)處理器之間共享內(nèi)存、子系統(tǒng)和總線結(jié)構(gòu)，因此其最大特點(diǎn)就是共享所有資源.相對(duì)于非對(duì)稱多處理技術(shù)，SMP是應(yīng)用十分廣泛的并行技術(shù).在SMP中，系統(tǒng)資源被系統(tǒng)中所有處理器共享，工作負(fù)載能夠均勻地分配到所有可用的處理器上.2～4個(gè)處理器對(duì)于計(jì)算速度的提高較好，當(dāng)大于8個(gè)處理器時(shí)計(jì)算速度的提高達(dá)到飽和.

大規(guī)模并行處理系統(tǒng)（Massive Parallel Processing，MPP）由許多松耦合的處理單元組成.要注意的是，這里指的是處理單元而不是處理器.每個(gè)處理單元內(nèi)的處理器都有自己私有的資源，如總線、內(nèi)存和硬盤等；每個(gè)處理單元內(nèi)都有操作系統(tǒng)和管理數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)例復(fù)本.這種計(jì)算方式將模型分成多個(gè)域（見圖6），每個(gè)處理器求解一個(gè)域，每個(gè)域的節(jié)點(diǎn)邊界交換信息.與SMP相比，MPP交換信息較少，可以配置大于64個(gè)以上的處理器.SMP和MPP求解器計(jì)算時(shí)間對(duì)比見圖7.

3結(jié)束語

在不增加計(jì)算機(jī)硬件配置的情況下，可以通過優(yōu)化仿真參數(shù)在計(jì)算精度與計(jì)算時(shí)間之間尋求平衡，以在滿足仿真需求的基礎(chǔ)上合理利用計(jì)算資源，提升計(jì)算速度.同時(shí)，JSTAMP/NV也提供一些特殊功能用以進(jìn)一步縮減計(jì)算機(jī)時(shí)，提升仿真效率.

（編輯于杰）