屈服准则对差厚铝合金拼焊板拉深成形数值模拟的影响

分别采用Mises、Hill二次和Barlat三参数屈服准则对差厚铝合金拼焊板拉深成形方盒件进行有限元模拟,比较了不同屈服准则和不同压边力下零件的成形特点和应变分布,焊缝的移动规律和焊缝附近金属变形情况。结果表明不同屈服准则对成形趋势预测一致,法兰面上焊缝向拼焊板的薄侧流动,而在型腔部位焊缝向厚侧移动;不同压边力对差厚板的成形质量影响较大,对焊缝移动影响较小。不同准则预测结果仍有明显差异,Mises准则下对成形性能预测最危险,而焊缝附近薄侧板料的减薄率Mises准则模拟结果最为理想。     

改进的5参数Barlat-Lian屈服准则

在平面各向异性三参数Barlat-Lian屈服准则的基础上加入两个横向剪切应力分量σxz和σyz,提出了一个改进的5参数Barlat-Lian屈服准则,结合BT或BWC壳单元,模拟了板料在成形过程中的各向异性行为.当屈服函数指数M=2时,改进的Barlat-Lian屈服准则可以退化成Hill48屈服准则,当各向异性参数r0=r45=r90=1时,可退化成Von Mises屈服准则.应用自主版权的板料冲压成形快速模拟软件FASTAMP,以圆筒件为例,将模拟结果与试验结果进行比较,验证了改进的Barlat-Lian屈服准则的正确性.     

非圆截面管辊弯成形过程的变形和应力场的FEM模拟

采用三维大变形弹塑性有限元法,考虑材料和几何双重非线性,基于Prandtl-Reuss流动规律和Mises屈服准则,对圆管的辊弯二次成形过程中金属的流动规律及其应力分布进行了模拟分析,分别得到非圆截面管辊弯成形过程中金属的流动规律及应力的信息．     

正交各向异性旋转壳的极限分析

提出了一种轴对称壳极限分析的数值方法。该方法首先用拟协调元构造弹性应力场,然后用温度参数法构造残余应力场,将极限分析转化为一个数学规划问题,最后用序列二次规划(SQP)算法进行求解,得到了基于H ill屈服准则的正交各向异性旋转壳的下限值。同时由于von M ises屈服准则是H ill屈服准则的一个特例,因此该方法也可以用于各向同性轴对称壳的极限分析。分别计算了服从H ill屈服准则和von M ises屈服准则的受内压的组合壳的下限,计算结果可为各向异性压力容器的设计提供参考。     

一种新型的摩擦类材料的广义屈服面

在讨论摩擦类材料的屈服及强度特性的基础上提出了一种将子午面内二维屈服迹线扩展到三维主应力空间的方法,将此扩展方法应用于Mohr Coulomb准则,获得了一种新型的广义屈服面.对这种广义屈服面的特性进行了广泛的分析和讨论,还将此屈服面分别应用于各向同性和横观各向同性摩擦材料,并与现有试验数据进行拟合对比,结果表明这种新型的屈服面可以很好地模拟摩擦类材料的屈服特性,可以涵盖部分经典屈服面,适用性更强.     

基于流动理论的板材多步成形模拟方法

为克服一步逆成形法忽略变形历史而导致最终零件应力估计不准的问题,提出了通过引入构造的若干中间构型以反映变形历史的多步成形模拟方法,实现了对最终零件的应力精确评估.该方法通过求解二次规划模型,并筛选接触节点的方式构造一般三维的中间构型滑移约束曲面,之后采用滑移曲面合适位置物质点映射的方法生成中间构型的初始解,并结合基于流动理论的局部积分和滑移曲面运动约束更新应力使得中间构型趋于平衡状态.对汽车弹簧盒支座零件的数值模拟分析表明,通过引入的中间构型,该多步成形模拟方法借助拟最小面积法和接触节点集合选择改善滑移曲面侧壁,可以显著地提高对成形零件的应力评估精度.     

面心立方晶体单晶材料弹塑性本构模型

基于正交各向异性材料在偏轴受载时存在拉、剪应力耦合效应的影响,通过增加一项由应力偏张量分量的二次乘积项构成的应力不变量,对Hill屈服模型进行修正,并根据面心立方晶体单晶材料的屈服特点提出了新的屈服准则.用新屈服准则对国产DD3单晶合金的屈服应力进行预测,预测结果与试验结果相吻合;新屈服准则与Hill屈服准则相比,在760 ℃时的预测精度显著提高.在此基础上,重新定义适合新屈服准则的等效应力和等效应变,并由联合流动法则,以屈服函数作为塑性势函数,建立面心立方晶体单晶材料的弹塑性本构模型,推导出相应的弹塑性矩阵.对于各向同性材料,新屈服准及其等效应力和等效应变退化为Von Mises屈服准则和其相应的等效应力与等效应变.     

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．     

分流挤压直齿轮成形工艺研究

分析了直齿轮在冷挤压精密成形过程中成形压力过大的特点,采用分流挤压二次成形工艺以降低成形力。运用UG建立直齿轮挤压几何模型,Qform2D/3D锻造模拟软件对齿轮冷挤压分流成形工艺进行模拟分析。通过模拟分析结果,确定了合理的成形方案,实践证明该工艺能有效地降低成形压力,保证轮齿填充饱满,提高模具寿命。     

各向异性GTN损伤模型及其在板料成形中的应用

基于Hill的二次各向异性弹塑性屈服准则（Hill’48）,发展了可以用来描述各向异性多孔延性材料损伤演化发展的GTN（Gurson—Tvergaard—Needleman）弹塑性细观损伤本构模型,将材料的塑性各向异性行为和损伤发展有机地耦合起来．分别采用基于Mises的各向同性GTN弹塑性损伤模型、基于Hill’48的各向异性GTN弹塑性损伤模型和传统的Mises弹塑性模型,对NUMISHEET’2002中考题圆杯深拉深成形工艺进行了数值模拟,对板料成形过程中损伤的累积发展及其对材料性能的影响进行了分析．结果表明：延性板料的各向异性行为对其宏观力学性能和损伤演化都有影响;GTN模型中的损伤变量反映了成形历史的影响,为复杂加载路径下的成形极限判据的提出提供了理论依据．     

理想形变与板料成形设计

针对增量有限元求解用时过多的问题，采用形变理论并利用理想形变的假设，导出用于板料成形设计的一步法，理想形变假设认为变形 在整体塑性功取得相对极值的条件下得到的，给出了理想形变的数学公式和有限元表达，将此数值方法的结果与实验数据对照，得到了满意的结果。     

改进的一步模拟法及其在板料成形分析中的应用

研究了基于形变理论的板料成形一步模拟法（又称为反算法）．采用由CST（Constant Strain Triangular）薄膜单元和DKT6（Discrete Kirchhoff Triangular）板单元组合而成的DKTl2壳单元,既可以考虑面内薄膜力的作用,也可以叠加弯曲效应对单元的影响．引入Barlat提出的6个应变率分量表示的塑性势函数,可以更好地描述板料面内各向异性．用弧长展开法获得初始解,并利用反向变形法对其进行改进,增强了求解的稳定性,提高了计算精度．盒形件的拉深实例证明,该改进的方法可以更为有效地模拟实际变形情况,分析结果具有较高的可信度．     

板材拉深成形数值模拟过程

阐述拉深成形数值模拟过程,通过与物理模拟相比较,得出数值模拟技术应用在板材拉深成形中,将极大提高设计效率的结论。     

三维疲劳裂纹扩展仿真技术研究

应用参数化、模块化有限元建模技术和接触技术仿真半椭圆表面裂纹（前缘曲线和节点）,提出了在裂纹前缘形成辐射状奇异单元网格的建模方法和采用有限元接触技术来施加裂纹模型边界条件的方法,实现了裂纹前缘奇异应力场和裂纹模型远场应力的模拟,建立了三维块体初始半椭圆表面裂纹多自由度扩展仿真模型．通过裂纹前缘离散点的正交扩展和拟合得到裂纹扩展前缘形状,使裂纹扩展更加具有自由度．提出了裂纹前缘拟合误差控制扩展步长的方法,使裂纹扩展过程中扩展步长可变．采用参数化、模块化建模技术建立了扩展裂纹模型,实验与仿真结果的比较表明两者基本吻合,说明本文所采用的方法具有很好的实用性．     

异径四通管液压胀形工艺分析及过程仿真

将相似理论与正交试验设计引入计算机仿真方案的制定中,并使用大型通用非线性有限元软件MARC/AutoForge对异径四通管的液压胀形工艺过程进行了仿真,得到了最佳工艺参数.     

油田用抽油杆镦锻成形过程数值仿真研究

介绍了抽油杆工艺特点及抽油杆镦锻成形工序过程.依据成形过程,基于三维刚-黏塑性有限元的理论,利用有限元软件对抽油杆镦锻成形各工步进行了数值仿真模拟.得到了抽油杆镦锻成形各工步的应力、应变、损伤场等的变化规律,为抽油杆镦锻成形提供了直观设计依据和经验.     

板料冲压成型CAE中拉裂的预测研究及应用

将Hill集中性失稳理论和Swift分散性失稳理论应用到各向同性板料的失稳判定,将Marciniak和Kuczynski的凹槽损伤失稳理论应用到正交各向异性板料的失稳判定,对冲压成型中板料在不同时刻的稳定性进行数值化描述,并运用计算机仿真技术进行直观的表现来预测拉裂;将开发的仿真系统用于汽车翼子板冲压工艺分析,准确地预测了可能出现拉裂的部位．这对于模具开发中确定合理的冲压工艺方案,有效地防止拉裂的发生有重要的实用价值．     

基于序列图像的工业零件尺寸检测技术

提出利用像面上的点、直线信息进行混合光束法平差，对工业零件进行高精度三维重建并检测其尺寸误差。介绍了零件坐标系与物方坐标系之间的变换方法，讨论了直线摄影测量误差方程式的基本形式、基于距离的改化形式以及点线混合光束法平差的数学模型，提出在适当选取直线观测值的权值时，可以按间接平差模型解算直线空间前方交会。所开发的工业零件视觉检测系统可全自动运行，取得了约0．1mm的实验精度，为工业领域中广泛存在的以直线段为主要特征的工业零件如钣金件的自动化三维检测提供了一条有效途径。     

堆浸工艺中浸润面的形成机理与形态研究

通过分析堆浸工艺中浸润面的形成机理与研究意义,发展了倾斜堆浸场渗流理论,并建立了描述矿堆底板具有一定坡度时浸润面形态的模型方程.同时将模型方程进行有限差分离散,利用解非线性方程组的牛顿迭代法求得了模型的数值解.利用MATLAB软件和SPSS统计分析软件,通过对数值结果的拟合与回归分析,得到描述浸润面趋势的三维曲面图,以及与趋势面基本吻合的二次多项式回归方程.结果表明:浸润面为一椭圆抛物面,所得结论与实验结果相符.图2,参9.     

焊管液压成形极限的数值仿真分析

建立了反映焊缝、热影响区和母材3部分结构的焊管有限元模型,采用应变增量比作为数值仿真中的颈缩判据,计算出液压成形条件下QSTE340焊管的成形极限曲线,并利用数值仿真的工艺路径完成了QSTE340焊管成形极限的实验测定.结果表明,数值仿真所得成形极限曲线与其实验值较为吻合,最先发生颈缩的位置位于紧邻焊接区的母材单元上,与其实验观察的颈缩发生位置相一致,从而验证了所提数值仿真方法的可靠性.