Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Sheet Metal Forming Simulations with Elastic Dies: Emphasis on Computational Cost
Blekinge Institute of Technology, Faculty of Engineering, Department of Mechanical Engineering.
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

The car industry produces many of their car parts by using sheet metal forming, where one of the most time-consuming phases is the development and manufacturing of new forming tools. As of today, when a new tool is to be evaluated in terms of usability, a forming simulation is conducted to predict possible failures before manufacturing. The assumption is then that the tools are rigid, and the only deformable part is the sheet metal itself. This is however not the case, since the tools also deform during the forming process. A previous research, which is the basis of this thesis, included a model with only elastic tools and showed results of high accuracy in comparison to using a rigid setup. However, this simulation is not optimal to implement for a daily based usage, since it requires high computational power and has a long simulation time. 

The aim and scope for this thesis is to evaluate how a sheet metal forming simulation with elastic tool consideration can be reduced in terms of computational cost, by using the software LS-DYNA. A small deviation of the forming result is acceptable and the aim is to run the simulation with a 50-75 % reduction of time on fewer cores than the approximate 14 hours and 800 CPUs that the simulation requires today.

The first step was to alter the geometry of the tools and evaluate the impact on the deformations of the blank. The elastic solid parts that only has small deformations are deleted and replaced by rigid surfaces, making the model partly elastic. Later, different decomposition methods are studied to determine what kind that makes the simulation run faster. At last, a scaling analysis is conducted to determine the range of computational power that is to be used to run the simulations as efficient as possible, and what part of the simulation that is affecting the simulation time the most.

The correlation of major strain deviation between a fully elastic model and a partly elastic model showed results of high accuracy, as well as comparison with production measurements of a formed blank. The computational time is reduced by over 90 % when using approximately 65 % of the initial computational power. If the simulations are run with even less number of cores, 10 % of the initial number of CPUs, the simulation time is reduced by over 70 %.

The conclusion of this work is that it is possible to run a partly elastic sheet metal forming simulation much more efficient than using a fully elastic model, without reliability problems of the forming results. This by reducing the number of elements, evaluate the decomposition method and by conducting a scaling analysis to evaluate the efficiency of computational power.

Abstract [sv]

Bilindustrin producerar många av sina bildelar genom att tillämpa plåtformning, där en av de mest tidskrävande faserna är utveckling och tillverkning av nya formningsverktyg. Idag, när ett nytt verktyg ska utvärderas med avseende på användbarhet, genomförs en formningssimulering för att förutsäga eventuella fel innan tillverkning. Antagandet är då att verktygen är stela och den enda deformerbara delen är själva plåten. Det är dock inte så, eftersom verktygen också deformeras under formningsprocessen. Tidigare forskning, som ligger till grund för detta examensarbete, inkluderade en modell med endast elastiska verktyg och visade resultat med hög noggrannhet i jämförelse med att använda stela verktyg. Simuleringen med elastiska verktyg är emellertid inte optimal att implementera för daglig användning, eftersom den kräver hög beräkningskraft och har en lång simuleringstid.

Syftet och omfattningen av detta examensarbete är att utvärdera hur en plåtformningssimulering med elastiska verktyg kan minskas med avseende på beräkningskostnaden, genom att använda programvaran LS-DYNA. En liten avvikelse från formningsresultatet är acceptabelt, och målet är att köra simuleringen med en 50-75 % minskning av tiden på färre kärnor än ungefär 14 timmar och 800 processorer som simuleringen kräver idag.

Det första steget är att ändra verktygets geometri och utvärdera inverkan på deformationerna av plåten. De elastiska solida verktygsdelarna som endast har små deformationer raderas och ersätts av stela ytor, vilket gör modellen delvis elastisk. Senare studeras olika dekompositionsmetoder för att avgöra vilka som gör simuleringen snabbare. Till sist utförs en skalningsanalys för att bestämma antalet processorer som ska användas för att köra simuleringen så effektivt som möjligt.

Korrelationen av huvudtöjningarna mellan en helt elastisk modell och en delvis elastisk modell visade resultat av hög noggrannhet, såväl som jämförelse med produktionsmätningar av en format plåt. Beräkningstiden minskar med över 90 % när man använder ungefär 65 % av den ursprungliga beräkningskraften. Om simuleringarna körs med färre antal kärnor, cirka 10 % av ursprungligt antal CPUer, minskar simuleringstiden med 70 %. 

Slutsatsen av detta arbete är att det är möjligt att köra en delvis elastisk plåtformningssimulering mycket effektivare än att använda en helt elastisk modell, utan att de resulterar i pålitlighetsproblem. Detta genom att minska antalet element, utvärdera dekompositionsmetoden och genom att genomföra en skalningsanalys för att utvärdera effektiviteten av beräkningskraften.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 66
Keywords [en]
Elastic Sheet Metal Forming Simulation, Computational Cost, Decomposition, LS-DYNA
Keywords [sv]
Elastisk plåtformningssimulering, beräkningskostnad, dekomposition, LS-DYNA
National Category
Other Mechanical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:bth-18236OAI: oai:DiVA.org:bth-18236DiVA, id: diva2:1332494
External cooperation
Volvo Cars Body Components
Subject / course
Degree Project in Master of Science in Engineering 30,0 hp
Educational program
MTACI Master of Science in Mechanical Engineering
Supervisors
Examiners
Projects
Reduced Lead Time through Advanced Die Structure Analysis - Swedish innovation agency VinnovaAvailable from: 2019-07-02 Created: 2019-06-28 Last updated: 2019-07-02Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(10025 kB)43 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 10025 kBChecksum SHA-512
6ddd5921a4ca8dc6f4a99e1fa53d4729ad24113f6d53fa904c0ad19900e07031b17d142796d55c171a2292717199f4fb372d56665b92e8da8b4405fda0f5f4f3
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Mechanical Engineering
Other Mechanical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 43 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 304 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf