DD3TRIM: Revised and Augmented Version

Abstract

The sheet metal forming processes are widely used in several production areas, namely in the automotive industry. The growing geometrical complexity of the components and the shortening of development cycles leads to new challenges in the design of sheet metal forming processes. The multi-step manufacturing of formed parts, including trimming operations, has been the solution to obtain complex geometries without defects. In this context, the virtual production using the finite element numerical simulation has been successfully applied to address these challenges. Specifically in multi-step forming operations, the numerical simulation comprises both trimming and remapping. The DD3TRIM code was developed, in CEMUC, to perform trimming operations on solid finite element meshes. Nevertheless, the continuous updating of the in-house finite element solver DD3IMP disabled its interaction with DD3TRIM. The main objective of this work is the reprogramming of the DD3TRIM program enabling a permanent connection with DD3IMP. Several improvements were developed and implemented in the global algorithm, mainly automation and new functionalities. The idea behind the remapping algorithm comprises the transfer of the variables between two different finite element meshes, in order to provide similar results between both. The selection of the remapping method, its parameters and zone of influence are critical issues in the algorithm. In this work, the Dual Kriging interpolation method was implemented as an alternative to the previously implemented Incremental Volumetric Remapping (IVR). Several variants were developed, differing in the number of points used for the interpolation procedure. The comparison between the remapping methods is based on the error value and computational efficiency. Based on the examples performed, the IVR and implemented forms of Dual Kriging are equivalent in terms of interpolated value, but Dual Kriging is faster. Moreover, the new version of DD3TRIM enables the continuous development of multi-stage forming processes, involving trimming operations.

Os processos tecnológicos de conformação plástica de chapas são amplamente utilizados em diversas áreas de produção, nomeadamente na indústria automóvel. A complexidade crescente dos produtos e a constante redução dos ciclos de desenvolvimento colocaram novos desafios na concepção de processos de conformação plástica de chapas. A solução adoptada para produzir componentes de geometria complexa, sem defeitos, recorre a processos de fabrico multi-etapa, incluindo operações de corte. Neste contexto, o conceito de produção virtual, com recurso à simulação numérica com o método dos elementos finitos, tem sido aplicado com sucesso para enfrentar esses desafios. No caso de processos de conformação multi-etapa, a simulação numérica inclui o corte geométrico e o remapeamento. O programa DD3TRIM foi desenvolvido, no CEMUC, para fazer operações de corte em malhas de elementos finitos sólidos. No entanto, o desenvolvimento contínuo do programa DD3ImMP tornou impossível a interacção entre os dois programas. O objectivo principal deste trabalho é a reprogramação do programa DD3TRIM, a fim de estabelecer uma interligação permanente com o programa DD3IMP. Neste contexto, foram desenvolvidas e implementadas várias melhorias no algoritmo global, principalmente de automatização e novas funcionalidades. O conceito inerente a um algoritmo de remapeamento é a transferência de variáveis entre duas malhas de elementos finitos, com o objectivo de obter resultados semelhantes entre ambas. A selecção do método de remapeamento, seus parâmetros e zona de influência são questões essenciais do algoritmo. Neste trabalho, o método de interpolação Dual Kriging foi implementado como alternativa ao método de remapeamento incremental volúmico (IVR), implementado na versão original do DD3TRIM. Foram desenvolvidas diversas variantes que diferem no número de pontos utilizados para o procedimento de interpolação. A comparação entre os métodos de remapeamento é baseada na precisão e na eficiência computacional. Os exemplos realizados mostram que o método IVR e implementações do Dual Kriging são equivalentes em termos de valor interpolado, mas o Dual Kriging é mais rápido. Além disso, a nova versão do DD3TRIM permite o desenvolvimento contínuo de processos multi-etapa de conformação envolvendo operações de corte.