DKT板壳单元及其在板料成形一步模拟法中的实现

研究了基于离散Kirchhoff理论(DKT)的DKT9和DKT6平板弯曲单元,推导了各自的应变-位移矩阵,实现了两种板单元与线形三角形(CST)薄膜单元的叠加.考虑了薄膜内力及弯曲应力的综合作用,较为真实地反映了实际变形情况,在开发的一步模拟法求解器InverStamp/onestep中得到了实现.通过一筒形件的拉深成形分别对这两种单元进行了分析.通过比较,证明了在板料成形一步模拟法中两种单元均能够较为真实地反映实际变形情况,DKT6比DKT9板单元具有较好的计算效率,计算精度相差不大.     

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.     

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.     

模内压板与成形复合工艺及杆系柔性成形模具

分析了板料在曲面成形过程中的应力分布情况和板料的受压屈曲与起皱机理,提出了一种新颖的板料成形方法———模内压板与成形复合工艺,板料在成形过程中板面法向受压板力的约束,可抑制板料受压屈曲,这种工艺方法可以显著地减少板料在成形过程中的起皱现象.杆系柔性成形模具由若干个可调节杆组成,若干个杆组合成一个阵列,各杆端冲压头可以更换,选用与被冲压板件局部成形面近似形状的冲压头组成一定尺寸的模具冲压面,以适应加工件的表面形状,从而构成冲压成形模具.模内压板技术与杆系柔性成形模具相结合,实现模内多点压板与成形,从而可以有效地抑制板料的起皱.     

一种剪力墙元的力学性能研究

为了满足高层建筑结构分析的需要，提出１种比较简单的四节点矩形墙单元．它不同于一般的板壳元，这种单元每节点４～５个自由度，可以和其它空间单元较好地接合．此墙元能反映剪力墙面内和部分面外的变形，通过子结构自动细化方法可以处理开洞和不开洞剪力墙，且精度可以满足工程要求     

基于CoFe／Pd的自旋阀底电极中增强的垂直磁各向异性

采用磁控溅射方法制备了Pd（3nm）／CoFe（0．8nm）／纳米氧化层／CoFe（fnm）／Cu（4nm）／Pd（5nm）自旋阀底电极薄膜,并用振动样品磁强计对样品的磁性能进行了测量．研究结果表明：纳米氧化层的引入可以使电极薄膜的磁各向异性在退火后从面内转到垂直膜面方向,并且这种强烈的垂直磁各向异性在CoFe有效厚度为2nm时仍能保持．这种具有非多层膜结构、铁磁层较厚、热稳定性较高的底电极有利于基于自旋转移矩的垂直磁各向异性全金属赝自旋阀的发展．     

碳化硅薄膜制备及其场发射特性

采用热丝化学气相沉积法在Si（111）、Ti（101）衬底上制备了SiC薄膜,并利用X射线衍射和傅里叶变换红外吸收光谱（FTIR）对薄膜的结构、成分及化学键合状态进行了分析．XRD结果表明,制备的SiC薄膜呈现3C-SiC结晶相,有很好的择优取向性．HIR谱显示,薄膜的吸收特性主要为Si-C键的吸收,其吸收峰为804．95cm^-1．从原子力显微镜对SiC薄膜表面形貌的测试分析可以看出,样品表面呈规则精细颗粒状结构且薄膜结构致密．此外,在高真空系统中（6．0×10^-4Pa）对生长的SiC薄膜进行场敛发射特性测试,结果表明生长的SiC薄膜具有场致发射特性：样品的开启电压为82．1V／μm,最大电流密度为631．5μA／cm^2．     

SmTbCo／Cr非晶垂直磁化膜的制备及其组分影响研究

采用射频磁控溅射法在玻璃基片上成功地制备了（Sin）TbCo／Cr非晶垂直磁化膜,并就薄膜组分对其磁特性的影响进行了研究．部分Tb原子取代Sm以后,薄膜仍然具有较高的磁各项异性．薄膜组分为（Sm0.286Tb0.714）31Co69／Cr时,其饱和磁化强度Ms为330emu／cm^3,矫顽力为5．0KOe;薄膜组分为（Sm0.343Tb0.657）31Co69／Cr时,其饱和磁化强度Ms为385emu／cm^3,矫顽力为4．7KOe．薄膜组分对SmTbCo／Cr非晶垂直磁化膜的磁特性影响,可以通过对薄膜结构特性的分析得到合理的解释．     

板料成形反向模拟法提高应力计算精度的策略

针对目前板料成形反向模拟法无法准确预测成形零件应力分布的缺点,采用一种DKT壳单元,可以描述内外层应力分布的差异而导致的弯曲力矩.根据反向模拟法求解的特点,提出一种快速搜索流经模具圆角的单元的方法.引入一种简化的纯弯曲梁的弯矩计算思想,对流经模具圆角的单元进行弯矩修正.在NUMISHEET’93盒形件拉深的标准考题中,通过与增量模拟软件Dynaform的比较,验证了采用DKT壳单元和进行弯矩的修正可以更好地描述变形历史,获得更为真实的应力分布.     

板料成形过程中的质点变形不同步效应

提出了板料成形时质点变形不同步效应这一新概念．通过有限元数值分析发现：在板料成形过程中，板料凸缘上到凹模口的垂直距离相等且相互邻近的一些质点，如果移动和变形状态不同步，就能有效地减小成形过程中的流动阻力，从而大幅度地提高板材的成形性能．对这一效应的原理给出了较为深刻的分析．     

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.     

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。     

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.     

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.     

基于应变梯度理论的假设应变有限元方法

采用基于应变梯度理论的假设应变有限元方法研究了微尺度梁弯曲的尺寸效应.在假设应变单元设计中,非局部的应变梯度项通过围绕高斯点的胞元进行数值积分得到.在本构方程中引入等效应变梯度项,在积分本构方程时就可以反映材料在微细变形时的尺寸效应.为了验证本方法的正确性,对微尺度下的悬臂梁进行了模拟计算.计算结果与已发表的实验结果比较吻合,表明可以模拟出材料微细变形的尺寸效应,具有较好的计算精度.     

板材多道次渐进折弯成形回弹补偿的模具修正

金属板材多道次渐进折弯因回弹使成形后的工件形状与目标存在误差.文中借鉴单一道次冲压成形模具型面修正的思路,将模具型面的位移修正、平滑的位移修正以及成形传递函数法应用到多道次渐进折弯成形的模具修正,实现回弹补偿.实验结果表明,基于单一道次冲压的闭环成形传递函数法用于多道次渐进折弯模具修正可快速有效提高成形工件精度.     

平板电磁成形时匀压力线圈及板料受力研究

鉴于电磁成形过程中线圈在工件上产生的磁场力对工件的最终成形结果有很大的影响,传统的平板螺旋线圈在平板上不能得到一致的磁压力分布,限制了平板的成形.为解决这一问题,采用数值模拟方法,针对平板电磁成形过程中的匀压力线圈,分析平板及匀压力线圈所受到的洛伦兹力大小分布.研究结果表明,在一定的区域内平板上的洛伦兹力分布较为均匀;线圈四周受到使其膨胀的洛伦兹力,但是由于外部通道和线圈中浇注的树脂的作用,导致线圈的失效部位容易发生在与板料靠近表面的中部区域.