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。     

面心纯铝轧制织构的晶体塑性有限元模拟

基于率相关晶体塑性本构模型,分别将Taylor模型和有限单元模型两种多晶模型嵌入大型有限元程序ABAQUS,实现了晶体塑性学有限元模拟. 直接将电子背散射衍射(EBSD)获取的晶粒初始取向输入晶体塑性有限元模型,预测了两种不同应变情况下面心1 050纯铝轧制织构的演化. 模拟结果与EBSD实验测得的织构演化结果有较好的一致性,随着变形程度的增加,预测织构与实测织构变得更加锋锐. 经过比较,Taylor型模型预测出了{4 4 11}〈11 11 8〉的Dillamore取向,而有限单元模型预测出了铜型织构取向,比Taylor模型预测结果更接近实验验证结果. 两种模型并不能预测出{011}〈211〉黄铜取向、{123}〈523〉S取向、{011}〈100〉Goss取向及其他理想取向.     

板料激光弯曲成形动力显式有限元模拟

考虑物性参数与温度的相关性,将三维瞬态温度场与热弹塑性形变场耦合,对激光诱发的热应力弯板过程进行了动力显式有限元模拟并定量地揭示了其成形机理．分析发现：激光弯曲成形时板料的应力状态与机械折弯时有根本不同;当激光束沿直线单向扫描时,板料两端的弯曲角度不同;板料的长度大于10倍板厚或5倍光斑尺寸时,板长对弯曲角度的影响不再显著;沿扫描方向,距离光斑中心3倍光斑尺寸以外的区域,仍然对弯曲变形量产生影响．数值模拟所得的位移场的形态与实验吻合．     

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.     

管材塑性弯曲成形的有限元数值模拟分析

为深入研究管材塑性弯曲成形机理,利用数值模拟方法建立了包括工艺参数在内的管材弯曲成形全参数化有限元模型,并验证了模型的有效性.在此基础上,详细分析了管材弯曲变形过程中的应力应变分布.结果表明,最大等效应力发生在弯管起弯侧,最大等效应变则沿弯管变形区域均匀分布,管材弯曲成形处于平面应力状态和三向应变状态.     

大型曲轴RR法弯曲镦锻的三维刚塑性有限元模拟

采用三维刚塑性有限元方法模拟研究了 6 16 0曲轴RR法成形过程 ,得到了曲轴的塑性变形分布规律 ,并分析了摩擦因素对曲轴成形后变形分布及外形的影响 ,模拟计算与实验结果吻合     

体积成形过程的三维刚塑性有限元模拟技术研究

对三维刚塑性有限元数值模拟过程中遇到的若干技术问题提出了有效的处理方法，并建立了相应的软件系统．最后对几种体积成形过程进行了计算机模拟，证明了所提出方法是合理的．     

塑性成形过程三维刚塑性有限元模拟软件开发

刚塑性有限元法是模拟塑性成形过程的有效手段。本文介绍了自行开发的三维刚塑性有限元模拟软件的主要功能,通过对给定算例的模拟计算与实验验证,检验了软件的可靠性与适用性。     

管材弯曲成型过程的有限元模拟

采用拖带坐标系下的退化壳单元,以及动态显式有限元方法求解管材在弯管机上的弯曲成型问题。管材的材料特性假定满足Ｈｉｌｌ各向异性的弹塑性准则,弯管机的弯曲模和压力模波假定为刚性表面,接触力通过罚参数方法计算。通过文中的几个算例表明,该方法是有效的。     

非静压成形过程的刚塑性有限元模拟

本文针对非稳态高速成形过程，讨论了冲击载荷和体积力的计算问题，给出了一种全面考虑冲击载荷与体积力作用的刚塑性有限元方程。并且将此分析成功地应用于锻造过程中上下模具金属填充性能的比较研究。     

铜箔轧制滑移系演化的晶体塑性有限元模拟

为了定量描述厚度尺寸对极薄带轧制微观变形不均匀性的影响,采用率相关晶体塑性理论和Voronoi图的多晶模型,考虑试样尺寸,晶体取向及其分布,模拟了不同厚度铜箔在相同压下率条件下的变形行为,得到了在细观尺度上铜箔的微观应力应变和滑移系分布.模拟获得的应力-应变曲线和实验测得的曲线基本一致.通过对20%压下率不同厚度铜箔的轧制变形的研究表明,无论是在晶粒内部还是在晶粒间,材料变形都非常不均匀,主要是由在铜箔厚度方向上只有一层晶粒时,晶粒尺寸、形貌和取向的不均匀分布,近邻晶粒取向差以及滑移系启动特性所引起的.     

三角形弯曲板的动态有限元阻抗矩阵

用单一的阻抗矩阵的频率展开式表述三角形弯曲板的动态有限元。对直角三角形弯曲板元，建立了直到二阶的阻抗阵展开项。用常规有限元和二次动态有限元解算了一个悬臂三角形弯曲板的前六阶固有频率。     

一种非常规矩形薄板弯曲元

提出一种与非常规三角形薄板弯曲元（ＴＲＵＮＣ）元相配的非常规矩形薄板弯曲元．这种新单元虽然采用与常规ＡＣＭ元相同的位移模式，但其精度一般都比后者高，而且比ＡＣＭ元的结构更简单，计算量更少，编程更容易     

基于e-p曲线的塑性力学新方法的有限元算法

以e-p曲线为基础的塑性力学新方法具有思路清晰,求解过程简洁明了等优点,当边界条件是全为应力边界条件,或有位移边界条件但在塑性区边界上仅有零位移边界条件时,采用这种新方法比较便捷．以这种新方法作为理论依据,探讨了它的一种数值计算方法——有限单元法,并对典型的塑性力学问题进行了实例计算．     

考虑轴承支反力矩的有限元法

从原有四参数轴承模型出发,通过一定的假设,导出了考虑力矩时的轴承数学模型,并给出了两种模型实例比较。结果表明,在一定的情况下,不考虑力矩的模型所计算的临界转速存在较大的模型误差。     

液晶流问题的稳定有限元逼近

主要研究了在适当的正则性假设条件下液晶流的稳定有限元逼近的数值分析，利用Grank-Nicolson格式对时间进行离散，对空间采用有限元方法进行剖分，最后做出在L^2范数下的二阶全离散误差估计，得到较优误差界。     

九参数拟协调离散Kirchhoff薄板单元

用多变量拟协调法推导出九参数拟协调离散Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ薄板单元（ＱＤＫＴ－９）， 并证明了ＱＤＫＴ－９单元与 ＤＫＴ－９单元（九参数离散 Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ 薄板单元）的一 致性。基于拟协调元方法的理论和公式，人们将易于理解和认识这一类单元，ＤＫＴ 单元仅是一种放松了直法线假设的拟协调薄板元。不难看出：拟协调元方法是一种非 常基本的有限元方法。     

有限元线法斜型薄板单元及其应用

导出斜型薄板单元模型并应用于有限元线法(FEMOL)求解平行四边形斜板的弯曲问题。还给出利用半离散总势能泛函的极值条件导出的有限元线法控制微分方程组及其ODE求解体系，计算实践表明，仅用很少数量的斜单元网格就可以得斜型薄板弯曲问题高精度的解答。     

加筋偏心裂纹板的弹塑性有限元分析

根据由塑性形变理论得出的有限元计算公式，采用结合初应力法的变刚度法，计算了受单调加载的含加筋及不含加筋的裂纹板的裂纹尖端弹塑性场。分析了加筋桁条对裂纹板弹塑性断裂的影响。讨论了有塑性区存在时，由线弹性分析所得结果的适用程度。     

泡沫金属材料可压缩塑性力学有限元计算公式

介绍了泡沫金属材料可压缩塑性力学的基本理论;并根据该理论模型推导出三维空间情形、平面应力情形、平面应变和轴对称情形的有限元计算公式。从而为用连续本构模型模拟泡沫金属材料的可压缩塑性行为提供了计算依据。