圆筒类零件一般采用冲压连续模具进行生产，此类模具对工艺的要求较高，如果工艺设计不合理，模具会频繁修模甚至会报废，所以需要对工艺设计进行仿真验证，以减少后期设变风险，多工步拉深工艺的验证可以使用LS-DYNA进行仿真分析，现在业界通用的前处理软件，冲压分析一般使用壳单元，2号单元，默认采用显式算法，但是多工步分析过程，显式算法的动力效应导致的误差会逐步累积，所以需要对网格、单元类型、求解算法进行适当的调整，以保证结果的准确性。下面以一个筒形件为例，对分析过程进行详细说明：

产品3D
 
工艺设计
 
       进行合理的多工步优化设计，如果尺寸设计不合理，拉深过程会异常减薄，导致产品不能正常生成，分析过程也会异常终止。

仿真分析验证

       1.板材网格优化

       在硬件允许的情况下，不开启网格细化，需要提前优化板材网格。
 
       2.合理选择材料类型

       LS-DYNA中，可以应用于壳单元的材料主要是36号材料和37号材料，这两种最大的区别就是屈服准则的差异；36号材料基于Barlat 1989(3参数模型)，37号材料基于Hill 1948(标准Hill各向异性模型)屈服准则。
   
       反应到结果上，36号材料在不同方向的流动不一致，37号是各方向均匀的收缩流动。分析前需要对材料了解充分，对于各向异性差异不大的材料，可以采用37号材料，对于各项异性比较大的材料，建议采用36号材料。

       3.分析算法的选择

       一般采用LS-DYNA进行冲压分析，如果拉深工步较少，可以使用显式算法，但是当拉深步数增多后，分析结果误差会增大。
 
       在前2步显式算法和隐式算法厚度结果差异不大，但是随着步数增多，厚度分布趋势差异较大，隐式算法的结果分布更合理，在多工步分析中，选择隐式分析，结果会更精确。
 
       4.单元类型选择

       目前在lS-DYNA中，用于冲压壳单元计算主要是2号和16号单元，默认显式算法是2号，隐式算法是16号。

      2号单元-Belytschko-Tsay壳单元

       基于Belytschko-Tsay理论，采用缩减积分（Reduced Integration），计算效率高。每个单元仅需1个积分点（沿厚度方向可设置多个积分点）。计算速度快，适合大规模模型。对薄板和中厚板问题表现良好。可能存在剪切自锁（Shear Locking）问题，尤其在弯曲变形中。对翘曲（Warping）或复杂应力状态的处理能力有限。

       16号单元-全积分Belytschko-Wong-Chiang壳单元

       基于Belytschko-Wong-Chiang理论，采用全积分（Full Integration），每个单元使用2×2个积分点。更多积分点提高了计算精度，但代价是更高的计算成本。显著减少剪切自锁问题，适用于弯曲主导的工况。对翘曲和复杂应力分布的模拟更准确。计算时间比2号单元长（约2倍）。可能因过度刚度（Over-stiffness）导致局部响应偏差。适用场景需要高精度的静态或准静态分析（如钣金成形），复杂弯曲或剪切变形占主导的问题。

       在算力允许的情况下，建议使用16号单元。

       5.求解器的选择

       LS-DYNA求解器分为SMP和MPP，从计算效率看，显式算法在网格数目不多的情况下，可以选择SMP版本，如果是隐式算法，建议选择MPP版本，从LS-DYNA的目前发展看，以后主要还是MPP或者HYB版本了，SMP版本会逐步退出历史舞台。
     
       6.分析效率对比
 
       从分析时间看，此类零件的分析过程，隐式计算过程顺利，没有不收敛的情况，计算效率反而会比显式算法更快；2号单元的效率比16号单元更高效，结果基本没有差异；显式计算，最新的R16.1求解器效率有明显提升。

小结

       多工步筒形拉深件仿真分析，在使用LS-DYNA分析时，需要对网格、材料类型、单元类型、分析类型、求解器类型进行调整，才能得到相对比较理想的结果；对于此类件，单工步的变形相对没有太复杂，所以建议使用隐式算法+16号单元+MPP求解器进行分析。