基于有限元映射算法的试验网格显示及其应用

基于有限元映射算法和三角形面积坐标法提出了一种新的试验网格分析算法,该算法可以按试验网格模式显示板料成形数值模拟结果,而且具有原理简单、易实现、执行速度快等优点.基于本算法,提出了塑性成形物理模拟中的网格分析法,真实地模拟板料在冲压变形过程中各试验网格的变形情况.与变形云图只能显示一维方向上的物理量相比,网格分析法能够直观模拟板料在二维平面上的应变变化情况,方便用户直观了解板料的变形,改进了工艺设计.     

汽车覆盖件板料毛坯形状的算法

结合板料成形过程的CAE技术,提出基于板料冲压成形FEM分析结果的毛坯形状反推算法。该算法结果具有较高的可信度,可以与含有各种自适应网格划分的有限元分析过程结合进行毛坯形状反算。     

坐标网格立体视觉测量中的图像匹配技术

利用立体视觉技术，实现对板料成形分析中应用的大批量坐标网格的变形进行无接触自动测量与分析，以减少工作量并提高测量的速度和精度．主要针对圆形坐标网格变形的立体视觉测量中的图像匹配技术进行了研究．在对网格图像进行特征提取与编码的基础上，实现网格单元的子域匹配，并通过对摄像位置进行预约束，建立起左右对应像素点纵向图像坐标间的约束关系，从而实现左右图像特征点的快速准确匹配方法．该方法程序实现简单，匹配结果可靠，无二义性，可推广应用于其他具有相似结构特征的三维图像的立体匹配中．     

STL格式的PIM仿真软件前处理系统

在粉末注射成形(PIM)仿真软件的前处理部分,需要由三维CAD实体模型生成三角形网格.为了实现PIM仿真软件的前处理系统,提出了一种生成三角形网格的算法,它从STL格式文件中获取网格边界,并且将边界离散化,然后由离散化的边界点自动生成有限元网格.根据该算法,实现了粉末注射充模仿真软件MoldFill的前处理系统,给出了一个网格生成的实例,在实例中生成节点865个,三角形单元1752个,占用CPU时间0.125s.此算法可以适应任意形状的单连通或多连通域实体,较好地解决了前处理系统的网格生成问题,对于同类型的CAE仿真软件开发具有参考价值.     

一种有限元网格自动生成方法

本文在对四边形网格生成方法深入研究的基础上 ,提出了一种适合于金属成形有限元模拟的自动的网格生成法 ,其特点在于网格中的单元尺寸可变化、边界单元质量较高。通过几个应用举例证明了该方法有效且通用     

载荷映射方法及其在模具结构优化中的应用

针对金属薄板冲压成形过程中成形力在板料与模具之间传递的关系,提出一种不同类型网格之间的载荷映射计算方法.该方法通过映射单元的精确定位,在板料壳单元与模具实体的四面体单元之间建立了一种对应关系,构建板料单元节点上的成形力与模具网格之间载荷映射的关系模型,从而得到模具表面精确的载荷分布.实例研究将该方法应用于模具结构的优化...     

裂纹跟踪的网格生成技术

讨论了自适应有限元模拟裂纹扩展的网格生成技术,通过修改裂纹周围单元的形状及单元间的邻接关系,实现网格动态划分对裂纹扩展进行跟踪,本方法具有修改范围小,可实现性强,无须修改单元类型等优点,算例表明,所提的算法是有效的。     

矩形管多点弯曲成形截面畸变的影响因素研究

建立了矩形管多点弯曲成形有限元模型.通过对比矩形管多点模具弯曲成形和整体模具弯曲成形的截面畸变率,证明了多点模具用于矩形管弯曲成形的可行性.分析了矩形管长度、宽度、高度、壁厚和弯曲半径对截面畸变率的影响,结果表明：矩形管越长、管壁越厚、曲半径越大,截面畸变率越小;矩形管截面越宽、越高,截面畸变率越大.对矩形管进行了多点弯曲成形实验,结果表明：矩形管成形效果较好,成形实验与数值模拟得到的截面畸变率基本一致.     

复杂型面板料成形数值模拟快速有限元建模

提出并实现了直接从测量到的空间散乱点直接生成有限元网络的新方法,使具有大尺寸复杂型面金属板料冲压成形整个数值模拟有限元建模的工作量大大降低,并使得建模的自动化程度提高。为了解决建模过程中初始坯料形状未知的问题,比较了不同的初始毛坯预测方法,提出用一步模拟法从已得到模具的有限元网格进行反推,预测出毛坯的基本形状和尺寸。     

二维金属切削的热力耦合模型及数值模拟

切削加工是一种重要的金属制造工艺,其中切屑成形是一种典型的大变形问题,它涉及到材料非线性、几何非线性以及边界非线性问题,还涉及到热力耦合问题.针对典型的正交切削工艺,采用大型商业有限元软件MSC.Marc,基于热弹塑性有限元方法并在一定假设的条件下建立了考虑金属正交切削热力耦合有限元模型.分析了切屑分离准则、自适应网格等切屑加工模拟的关键因素.对建立的模型进行了有限元分析,得到了切屑成形、温度分布、切削力变化等结果.     

多道次辊弯成形数值模拟技术

利用ABAQUS软件对多道次辊弯成形数值模拟技术进行了研究.基于动力显式算法,采用引导板带动板料进入轧辊的模拟方式,建立开口类型钢多道次辊弯成形的有限元模型.重点分析了多道次模拟中,模型建立、单元选择、边界条件、虚拟成形速度、加载曲线、摩擦模型和回弹等关键问题,提出了适合于多道次辊弯成形分析的数值模拟方法.通过模拟外卷边槽钢的12道次辊弯成形过程,验证了方法的有效性.     

Deformation Behaviors of Laser Forming of Ring Sheet Metals

Laser forming is a highly flexible sheet metal forming technique. In laser forming along curved irradiation paths, the heated zone is bigger and the effects of the processing parameters on the deformation are complex. The deformation behaviors of laser forming of ring sheet metals have been investigated from the thermal-mechanics analysis by the finite element (FE) simulation based on the proposed finite element method model. The effects of ring central angle and scanning path on deformation of ring sheet metal were investigated. The results are as follows: (1) in comparison with the laser bending along linear path, the marked third point has two peak temperatures during the laser forming process along curved path; (2) the forming process fluctutes continuously and the sheet edge is warped because the rigid-ends effect due to the restriction of sheet; (3) when the ring central angle increases, the displacement difference of the marked three points decreases and then increases, and the warped curvature of sheet edge decreases; (4) when the laser beam diameter increases, the displacement difference of the marked three points decreases and the warped curvature increases.     

塑性有限元数值模拟的二维及三维网格重划技术

阐述了模拟金属大变形成形所用的塑性有限元二维及三维网格重划技术的理论和实 现方法，包括网格干涉与畸变的判据，网格局部调整与重划的理论与方法，新旧网格节点变形场 量的信息传递方法，以及网格重划技术在金属锻造成形工艺的过程模拟和工序优化设计中的 应用举例，探讨了金属成形数值模拟研究中网格重划技术的研究方向。     

实体壳单元在板料成形及回弹模拟中的应用

开发了基于实体壳单元的动力显式及隐式程序,模拟了板料成形及回弹过程.该实体壳单元具备如下特性：考虑厚度变化的双面接触判断精确模拟了板材厚向挤压变形;采用厚向多点积分方式求解内力,精确地描述了弯曲效应,回弹预测更为准确;面内减缩积分有效抑制了剪切闭锁与体积闭锁;黏性阻尼沙漏控制算法克服了面内减缩积分激活的零能模式;采用改进的平面应力本构模型且结合希尔二次异性屈服准则,使得实体壳单元同时获得实体单元和壳单元的特性,非常适合于非线性大变形有限元分析.给出了几个算例验证单元的有效性及程序的稳健性,并与实验结果及相关文献中的模拟结果进行了比较.     

复杂应变路径下的板料成形数值模拟

对建立板料成形极限图的各种试验和理论进行研究分析，指出现有试验和理论存在的缺点和不足．在此基础上通过运用有限元数值模拟与实冲试验相结合的方法，研究复杂应变路径下的板料成形极限，并以经过二次冲压的车辆左后悬挂架为例，研究了左后悬挂架危险点的应变路径，最终确定了该零件的成形方案．研究结果表明：有限元数值模拟可以实现复杂应变路径；应变路径的不同对冲压成形的结果有很大影响．     

板料拉深成形工艺参数的多目标遗传算法优化

拉深是板料冲压成形的关键工艺。拉深成形工艺参数优化是一个典型的多目标优化问题。该文在板料拉深成形数值模拟的基础上,确定了工艺参数多目标优化的待优化变量和优化目标,进而建立了优化数学模型,然后采用多目标遗传算法N SGA-II对该模型进行了优化。以某翼子板为例,采用N SGA-II算法对其拉深工艺参数进行优化,得到一组Pareto解,选择其中一组参数进行数值模拟,结果显示零件具有较好的成形性,说明该方法具有较好的优化效果。     

曲面件柔性拉伸成形时的过渡区

利用多夹钳式拉伸成形机能够实现夹持和拉伸成形的柔性化特点,对投影面为梯形的曲面件分别建立矩形板料和梯形板料夹持有限元模型,并进行了不同过渡区的矩形板料和梯形板料的数值模拟.结果表明,随着过渡区最大长度的减小,板料容易贴模,成形力减小,成形件的最大应变值减小,有效成形区应变、厚度分布更均匀,成形效果更好.对投影面为梯形的曲面件进行拉伸成形实验,实验结果与数值模拟结果吻合,验证了数值模拟的正确性.多夹钳式拉伸成形机能够根据模具形状合理设计过渡区形状,提高成形质量,节省材料,降低拉伸成形成本.     

钛合金网板多点成形起皱缺陷的数值模拟

采用动态显式有限元软件,针对不同厚度、不同曲率半径的带孔网板和无孔板球形面的无压边多点成形过程进行了数值模拟.模拟结果表明,在相同的成形条件下,带孔网板成形球形件时不易起皱,成形效果较好.分析表明,带孔网板成形时不易起皱的原因是网孔吸收了部分金属变形,从而减小了网板起皱的趋势.通过模拟得到了带孔网板和无孔板成形球面件时不起皱成形极限与板厚的关系曲线.实验结果表明,模拟结果与实验结果吻合良好,且满足与不起皱成形极限图的对应关系.     

Deformation Behaviors of Laser Forming of Ring Sheet Metals

Laser forming is a highly flexible sheet metal forming technique. In laser forming along curved irradiation paths, the heated zone is bigger and the effects of the processing parameters on the deformation are complex. The deformation behaviors of laser forming of ring sheet metals have been investigated from the thermal-mechanics analysis by the finite element (FE) simulation based on the proposed finite element method model. The effects of ring central angle and scanning path on deformation of ring sheet metal were investigated. The results are as follows: (1) in comparison with the laser bending along linear path, the marked third point has two peak temperatures during the laser forming process along curved path; (2) the forming process fluctutes continuously and the sheet edge is warped because the rigid-ends effect due to the restriction of sheet; (3) when the ring central angle increases, the displacement difference of the marked three points decreases and then increases, and the warped curvature of sheet edge decreases; (4) when the laser beam diameter increases, the displacement difference of the marked three points decreases and the warped curvature increases.     

基于成形过程的闭塞式冷锻工艺优化

针对闭塞式冷锻工艺复杂、单纯在某个成形阶段优化金属填充性和成形力无法使工艺参数达到最佳值的问题,提出了一种基于成形过程的冷锻工艺多目标优化方法.结合有限元模拟技术和正交试验方法,在闭塞式冷锻基本成形阶段使金属填充性达到最佳,实现金属填充性的优化,获得相应的工艺参数组;然后采用目标函数值拟合优化方法研究了飞边槽高度与凸模下压量之间的关系,通过控制飞边槽高度使成形力在最终填充阶段达到最小,实现了成形力的优化,在保证金属填充性最优的前提下获得了新的使成形力最小的优化工艺参数组,实现了金属填充性和成形力的分过程优化,优化得到的工艺参数组与物理实验数据一致.研究结果表明,所提出的方法充分考虑了闭塞式冷锻工艺的成形特点,能更简便、更准确、更合理地实现闭塞式冷锻工艺的参数优化.