切削加工有限元模拟的关键技术

近年来,有限元分析方法在切削加工中的应用变得越来越广泛,切削加工过程中有限元模拟主要涉及以下技术：切屑分离标准的确定、刀-屑表面接触问题的处理、动态自适应网格技术、适用于大型计算的并行机与网络计算技术等。这些技术的正确处理有助于提高有限元模型的计算精度和效率。它在优化切削工艺参数、研究切屑成形机理、提高切削质量等方面有着不可替代的作用。     

基于有限元模拟的树脂复合减振钢板拉深成形性能预测

采用3层有限单元模型对树脂复合减振钢板的杯形拉深成形进行了数值模拟,得出了减振钢板每层的应力应变分布以及树脂芯层的剪应力分布.揭示了树脂复合减振钢板和单层钢板拉深的不同,分析了树脂芯层剪切强度对拉深成形的影响.研究结果为树脂复合减振钢板的拉深成形工艺提供了数值模拟指导.     

不锈钢管件滚弯成形工艺的有限元模拟

应用ANSYS有限元分析软件中的LS—DYNA求解器,对薄壁不锈钢管件弯曲成形过程进行了弹塑性数值模拟．通过对管件弯曲角度的试验结果与模拟值的对比分析,证明了建立管件有限元模型的正确性．在此基础上对管件滚弯过程的模拟结果进行了应力应变分析,揭示了其成形时的塑性变形流动规律及其对管件质量的影响．研究结果表明：薄壁不锈钢管件弯曲冷成形的主要失效形式是内侧部分的起皱和外侧部分的失稳;管件弯曲内侧等效应雯和壁厚变化呈跳跃式条状分布,是管壁起皱变形的前兆,管件弯曲外侧的壁厚减少导致其弯曲刚度降低,是管壁失稳变形的原因;最大等效应变和等效应力的部位出现在管件弯曲区域的、与滚动轮和旋轮接触部位,其弯曲成形后,部位的应力值逐渐减小,且沿两端方向应力逐渐减少．     

箔材激光弯曲成形的有限元模拟

建立了箔材微尺度激光弯曲成形的三维热力耦合有限元模型,并采用大型非线性有限元软件MSC.Marc对其激光弯曲成形过程进行数值模拟.通过模拟计算得到了箔材弯曲变形过程中的温度场、变形场与应力应变场.分析了应力、温度、变形三者之间的内在关系.研究发现:采用功率为25 W,光斑直径为0.2 mm的激光光束,以100 mm/s速度扫描厚度为0.1 mm的不锈钢箔,其弯曲成形的主要机理为温度梯度机理.     

薄板拉深成形有限元模拟中的关键技术及应用研究

阐述了薄板拉深成形有限元模拟的基本思路,对薄板拉深成形有限元模拟中的关键技术进行了分析,并应用有限元模拟的方法对非轴对称拉深成形的典型零件--矩形盒的成形过程进行了有限元模拟研究.     

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。     

切削模拟过程中关键技术问题的处理

对使用有限元法进行切削过程模拟的关键技术进行了分析。针对刀尖单点接触问题，提出了一种网格错位分析方法，提高了模拟计算结果的稳定性；采用基于几何准则和等效应力的综合分离准则来解决切屑层与金属基体材料之间的分离问题，并给出了一种粘接单元法，从而提高了计算精度；根据基于几何判断和应力分布的复合判据法则，解决了切屑上的约束节点与前刀面的释放问题。实例表明，所提方法很好地解决了实际模拟计算过程中的关键技术问题。     

铜合金管坯旋轧成形的三维热力耦合有限元模拟

对B10铜合金管坯旋轧成形过程进行三维热力耦合仿真模拟。在模拟分析中分别从等效应力、等效应变和变形温度等方面,将B10铜合金与目前生产成熟的TP2紫铜的模拟结果进行对比,掌握了铜合金管坯旋轧成形的变形规律。相应实验结果证明铜合金管坯有限元模拟具有很好的仿真预测价值,并可用于探索其它类型铜合金管坯旋轧成形规律。     

金属塑性成形的三维刚塑性有限元模拟技术研究

本文对三维刚塑性有限元模拟理论及有关技术问题进行了系统的研究,针对模拟过程中的模具型腔曲面几何描述,动态接触边界处理等关键技术提出了有效的算法,开发了相应的三维模拟软件。并以球冲头压缩方坯和曲轴成形为例进行了模拟,计算结果表明所提出的算法和软件系统是可行的。     

复合钻头钻进过程的有限元模拟

设计了一种新型的“2+2”型牙轮PDC复合钻头（包括CL型和BL型两种结构）,并采用显式动力学有限元分析方法对两种结构的钻头钻进凝灰岩和花岗岩的物理过程进行了数值模拟。结果表明,CL型钻头适合于钻进较硬的地层,而BL型钻头适合于钻进较软的地层;两种钻头钻进硬岩时的牙轮切削齿轴向力均比钻进软岩时的牙轮切削齿轴向力大,在相同岩石中钻进时,CL型钻头比BL型钻头的牙轮切削齿轴向力大;PDC切削齿轴向载荷沿钻头径向的分布形态与刀翼的冠部形状相似,位于锥顶的切削齿轴向载荷最大;钻压在牙轮和刀翼上的分配与钻头的结构类型相关。     

钢管穿孔过程的有限元模拟分析

使用有限元法模拟钢管在曼内斯曼式穿轧机上的穿孔过程,建立了三维有限元模型。仿真设计采用静力隐式算法,结合Kumar本构模型对实心坯二辊斜轧穿孔过程进行热力耦合有限元模拟分析。通过对工件应变、轧制力和温度变化规律的分析,得出导致工件轧制力和温度上下波动的主要原因。     

金属成型特殊非协调大变形有限元数值模拟

在金属成型领域,一种较新的特殊非协调大变形有限元法,即增强假设应变有限元法(简称EASM)已被研究用于进行数值模拟.为使该方法可适用于分析压缩大变形问题,对原由Simo提出的EASM列式进行了修正并编制了用于数值模拟变形过程的增强假设应变有限元程序EAS.FOR,通过2个标准算例来验证该方法的可行性和有效性.     

金属成形过程有限元分析中对接触摩擦的处理

本文论述了采用有限元法对金属塑性加工过程中的工具与金属间的摩擦的处理与求解方法,其中包括了作者近年来在这方面的一些成果。文中对各种方法的优缺点以及今后的发展方向提出了一些看法。     

金属板料成形有限元方法中的接触问题算法

接触问题是金属板料成形过程中的重要方面,正确地处理接触问题是板料成形有限元模拟成功的关键环节－ 本文针对动态有限元模型和准静态有限元模型,分别对罚函数法、拉格郎日法和修正刚度法等算法作了讨论,并提出了一种处理简单的板料成形的接触算法     

方管双辊交互式成形模式的仿真与分析

方管的双辊交互式成形模式(Roll-Box)是一种新的圆成方成形模式.将共旋构架下材料客观性本构模型引入大变形弹塑性动力显式有限元算法,选用解析法描述轧辊,并推导出与其对应的接触算法,建立了双辊交互式成形方式有限元仿真模型,对圆成方再成形过程进行仿真.通过分析壁厚变化、周向收缩(拉伸)和应力等变形情况,为双辊交互式成形模式的实现提供了试验和理论基础.     

地下结构开挖的有限元数值模拟研究

研究数值模拟在地下开挖工程中的应用，是一项很有价值的研究课题。着重探讨数值模拟应用中的关键性技术，诸如边界条件的确定、计算参数的选取以及参数的弱化等等，并用实例验证了这一结论的正确性。     

Study on contact algorithm of dynamic explicit FEM for sheet forming simulation

Based on existing algorithms, a newly developed contact search algorithm is proposed. The new algorithm consists of global search, local searching, local tracking and penetration calculation processes. It requires no iteration steps. It can deal with not only general tool surfaces with vertical walls, but also tool surfaces meshed with elements having very poor aspect ratios. It is demonstrated that the FE code employing this new contact search algorithm becomes more reliable, efficient and accurate for sheet metal forming simulation than conventional ones. Foundation item: Supported by the National Natural Science Foundation of China (59875025) and Excellent Young Teacher Foundation of the Educational Department of China Biography: Zhang Hai-ming (1974-), male, Ph. D. candidate, research direction: sheet metal forming simulation.     

回旋加速器磁场若干参数的有限元分析

以一台小型医用回旋加速器为例,使用ANSYS软件进行磁铁三维分析,讨论了磁铁各参数,包括谷区深度、角度、磁极间隙、线圈形状等对中平面上磁场的影响,总结了变化规律,对回旋加速器磁铁的分析设计有一定指导意义。     

板料冲压成形过程的三维动态模拟

采用随动拉格朗日坐标 ,应用三维弹塑性大变形有限元动态分析技术 ,模拟了板料拉深成形的全过程 ,得到了拉深过程中任意时刻各处的应力和应变值 .取壁部单元的最后应变值 ,反映到成形极限图上 ,与实验测得结果进行比较 ,符合良好 .改变压边力这一参数 ,得到了预期结果 ,真实再现了实验现象 .     

精冲断裂过程的有限元模拟

从材料细观损伤角度对精冲原理进行了研究．开发了基于空穴材料的刚塑性有限元分析系统，该系统可以估算精冲材料的损伤状态，判断材料失效并模拟裂纹的扩展与汇合状况．利用该系统模拟了精冲过程中塑性变形与韧性断裂现象，预测工件断面光亮带高度，研究凸凹模间隙与剪切面质量关系，并与试验数据进行了对比．研究发现，凸凹模间隙与工件剩余厚度之比是影响断面质量的关键因素．