三维有限元模拟技术在金属塑性成形中的应用

金属塑性成形过程是一个非常复杂的弹塑性大变形过程，有限元法是用于金属成形过程模拟中一种有效的数值计算方法。本文概括地介绍了弹塑性、弹粘塑性、刚塑性、刚粘塑性四种有限元法，系统地讨论了有限元模拟中的关键技术，即几何模型的建立、单元类型的选择、网恪的划分与重划分、接触和摩擦问题等技术，并结合实例说明了三维有限元模拟在金属塑性成形领域中的具体应用。最后，基于现存问题提出了自己的见解。     

动态接触边界的自动处理技术

采用塑性有限元法模拟分析金属塑性成形过程时，工件与模具动态接触过程的处理方法对有限元模拟结果的精度有较大影响。本文系统地分析了这种动态变化的机制，利用计算机几何造型技术给出了一种通用的自动处理方法，并进行了实例分析。该方法对提高塑性有限元软件的通用性和模拟精度有较重要作用。     

金属成形过程的RKPM模拟关键技术研究

介绍了一种新的模拟金属成形过程的数值分析方法--无网格再生核质点法(Reproducing Kernel Particle Meth-od,RKPM)的研究进展及基本原理.对于金属塑性大变形问题,探讨了刚塑性无网格RKPM模拟分析的关键技术处理.忽略弹性变形,把刚塑性材料的力学模型和无网格RKPM相结合来模拟分析金属塑性大变形问题,可以得到很好的计算效果.并给出了刚塑性材料数值模拟实例,证明了该方法的有效性.     

任意模具形状的金属三维体积成形过程刚塑性无网格RKPM分析方法

将无网格方法引入三维金属体积成形分析,在给出基于刚塑性流动理论的三维无网格再生核质点方法及其基本理论方程的基础上,为了提高分析系统的通用化和自动化,采用网格法来描述任意形状的三维模具型腔曲面,给出了三维无网格法数值模拟系统中动态接触边界自动处理的非线性接触算法,实现了任意模具形状的三维体积成形过程的无网格法数值模拟。对上模为半球形的三维立方体塑性变形过程进行了数值模拟,并与三维刚塑性有限元体积成形商品软件Deform3D的计算结果作了比较,验证了本文方法的正确性。     

基于全量理论的金属体积成形多步数值模拟

运用一种基于全量理论的多步有限元方法计算分析了金属体积成形过程.该方法针对刚塑性不可压缩材料,在静力平衡条件下以约束变分原理通过最小化近似塑性势能进行有限元求解.多步模拟在各中间构形的虚拟滑动约束下沿变形路径进行分步迭代计算,考虑了接触和变形历史,能够快速模拟较复杂的体积成形问题.运用该方法对几个典型金属体积成形过程进行了正向一步和多步数值模拟,将计算结果与增量有限元法计算结果进行了比较.结果表明:在计算金属体积成形过程中,基于全量理论的多步有限元模拟能够在大大缩短计算时间的同时获得与增量法计算结果相比偏差小于10%的计算结果.     

塑性成形数值仿真精度的提高途径

探讨提高塑性成形数值仿真精度的途径,理论上介绍了塑性成形数值仿真中材料的非线性、摩擦边界条件和动态接触边界的处理等问题.给出常用于有限元分析的金属材料模型;对比划分网格不良和优良条件下的材料变形和温度模拟的差异、不同接触条件下金属变形的差异,并讨论网格重划分过程中金属体积的损失,利用实例证明塑性成形数值仿真在工业中的成功应用.     

塑性有限元模拟技术的最新进展

本文综述了塑性有限元模拟技术的发展历史及在金属塑性加工领域中的最新进展，它包括基于不同材料本构关系的基本方程，动态边界接触问题的处理技术，网格重划技术等，并指出了该领域的发展趋势。     

液压油箱成型机设计及工艺参数控制

针对现有围板成型方式的不足,提出一种伸缩式的支撑方式,极大地提高了工作效率。基于金属塑性成型理论,根据板料成型过程中的塑性条件和板料卸载原理,推导出塑性成型弯曲回弹规律。基于材料力学小变形叠加原理,进行折弯辊挠度推导,应用Workbench仿真设计,得到折弯辊最小挠度尺寸。通过以上计算与仿真得出的围板成型工艺参数,保证了产品质量。     

前轴成型辊锻过程的模拟分析

采用刚粘塑性有限元方法对汽车前轴成型辊锻与模锻复合工艺中成型辊锻过程进行了模拟,获得并分析了成形过程、金属流动规律和力能参数曲线,揭示了其工艺典型特点,其结果对前轴成型辊锻的工艺和模具设计具有指导和参考作用。     

热锻成型工件的微观组织模拟

本文开发了金属成型热力耦合刚粘塑性有限元模拟系统，具有塑性变形和传热过程的耦合分析及模拟热锻变形后工件内部微观组织变化的功能。应用该系统考虑变形时的动态再结晶、静态再结晶和相变等因素的影响，分析了热锻成型工个的晶粒大大小，模拟结果与实际相符合。     

板料成形数值模拟进展

在给出板料成形的典型成形过程、物理过程与力学模型的基础上，评述了板料成形数值模拟的发展历史和最新进展，包括成形过程与成形缺陷模拟发展，常用材料模型与壳体模型，接触摩擦处理及汽车覆盖件成形应用，文末指出了该领域的发展趋势。     

板料冲压成形CAD数字化分析基本理论

板料成形过程是涉及几何非线性、材料非线性和边界条件非线性等的多重非线性问题。介绍了板料冲压成形CAD数字化分析所涉及到的基本理论——非线性弹塑性材料的本构关系、板壳成形单元模型、接触问题、有限元方程及求解。     

Sensitivity analysis of metal forming processes involving frictional contact in steady state

A simple element to model frictional contact in steady state metal forming processes is presented together with the sensitivity analysis to the friction coefficient in a Coulomb friction law. The interest of such model arises from the analysis of rolling processes and a two dimensional approach to cutting problems, where the contact zone is to be determined, however a stationary state is present in most part of the operation. The flow approach proves to be an adequate method to handle efficiently this situation. The contact elements impose a restriction in the velocity component normal to the boundary and a tangential friction force opposite to the velocity. The parts of the boundary which are not in closed contact are treated as free surfaces, which must fulfill the condition of being streamlines. Sensitivity analysis with respect to the friction coefficient is performed by the Direct Differentiation Method (DDM). The effect of variations in this parameter is discussed for the simulation of an extrusion and a cutting problem.     

Analysis of Dynamic Loads on the Dies in High Speed Sheet Metal Forming Processes

During high-speed sheet metal forming processes, the speed at which the work piece contacts the die tooling is on the order of hundreds of meters per second. When the impact is concentrated over a small contact area, the resulting contact stress can compromise the structural integrity of the die tooling. Therefore, it is not only important to model the behavior of the workpiece during the high-speed sheet metal forming process, but also important to predict accurately the associated workpiece/tooling interface loads so that engineers can more confidently propose robust die tooling designs. The foundation to accurate predictions of contact stress on die tooling is a reliable contact model within the context of a finite element simulation. In literature, however, there exists no comprehensive guideline for establishing a contact model for high-speed sheet metal forming processes using the finite element method. In this paper, mathematically justified contact model recommendations are offered for the electrohydraulic forming (EHF) process.     

无网格法在金属塑性成形中的研究与应用进展

介绍了无网格方法的基本原理;论述了无网格法在金属塑性成形领域里国内外的研究与应用现状;总结了相关关键处理技术,包括权函数的选取、本质边界的施加、离散积分方案、动态接触边界的自动处理以及金属塑性力学摩擦模型的选取等;最后对无网格法在金属塑性成形领域未来的研究方向进行了展望,并指出无网格法在金属塑性成形领域将有着更为广阔的发展与应用前景。     

金属板材单点渐进成形过程的数值模拟

利用有限元软件LS_DYNA模拟金属板材单点渐进成形过程。并利用LS_DYNA的显式求解器分析当压头压下时,不同压头半径条件下,压头与板材接触区域的应力分布。根据对模拟数据的分析比较,讨论不同压头半径对板材成形时的影响。     

A new contact judgement method for sheet metal forming simulation

A new contact judgement method for sheet metal forming simulation is proposed. The method can overcome miss-judgement and error-judgement, and improve numerical stability and computational accuracy effectively. Based on the proposed contact judgement method, a static–implicit FE code is developed. Some typical sheet metal forming processes and the benchmark of NUMISHEET’93 are simulated, and satisfactory results being obtained.