无网格SPH法在金属镦粗成形中的应用

基于无网格SPH法对三维金属锻造成形进行模拟。建立了无网格SPH法镦粗成形模型并进行数值模拟,所得结果与传统有限元法进行对比,结果表明,无网格SPH法在金属体积成形中具有有效性;解决了有限元方法应用于金属成形中由于网格畸变而造成的网格重构和精度降低的问题,具有一定的工程参考价值。     

基于SPH新方法铸造充型过程三维数值模拟

引入一种新的无网格光滑粒子流体动力学SPH方法模拟铸造充型过程,SPH方法能够避免网格法在求解过程中的网格扭曲和缠绕,并且改善网格法求解精度。基于SPH法的优势,建立了基本数学模型,编写了三维计算程序,并引用虚粒子边界解决三维情况下边界不易施加的问题。通过对底注式平板件铸造充型过程进行数值模拟,并将模拟结果与实验结果和基于网格法的ProCast模拟结果进行对比,验证了SPH方法在计算铸造充型过程中的可行性和有效性。     

基于SPH法的AZ31镁合金ECAP过程数值模拟

引入一种新的无网格法——光滑粒子流体动力学法(Smooth Particle Hydrodynamics,SPH),将问题域离散为一系列粒子,避免了由于网格的划分导致计算精度下降。通过建立数学模型并编写SPH方法程序,对AZ31镁合金ECAP过程在高挤压速度下的裂纹萌生和扩展进行数值模拟,并将模拟结果与有限元模拟结果及试验结果进行对比,验证了所建SPH程序的准确性及可行性。     

基于GPU并行计算的风沙流SPH数值分析

在研究风沙流动方面,光滑粒子流体动力学方法(SPH)的无网格性有着独有的优势。利用SPH方法研究风沙流动时,需要将整个计算区域离散成数量庞大的单个粒子,因此计算规模大、计算效率低。为提高SPH方法的计算效率,采用支持并行计算的CUDA平台,利用GPU大规模并行计算技术,实现SPH方法数值模拟时的加速运算。以二维气沙两相耦合模型作为数值算例,利用GPU并行计算详细分析颗粒群的运动规律。比较在不同粒子数下CPU与GPU的计算效率以及GPU线程数对计算效率的影响。对所得结果进行统计分析后,得到了单颗沙粒的典型抛物线形和变异的跃移轨迹。模拟结果证明:SPH-GPU并行计算技术能够应用在风沙流结构的数值模拟研究中。     

基于SPH方法的低压铸造充型过程数值模拟

借助光滑粒子流体动力学(SPH)方法,对所建立的低压铸造充型模型进行了数值模拟,并将模拟结果与Win-cast软件的模拟结果进行对比。结果表明,SPH方法与Win-cast软件模拟结果基本一致,能够较准确地模拟低压铸造充型过程。     

铸造充型过程宏观数值模拟研究进展

综述了铸造充型过程宏观数值模拟研究的现状。给出了铸造充型过程宏观模拟所涉及的物理模型，并以三维带障碍物溃坝模型、平板件充型流动场为例，基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法进行了模拟计算。阐述了常见的网格划分类型和数值求解方法，对比了不同数学方法的特点。说明了铸造充型多相流模拟的研究情况，并指出进行流动场气、液、固三相流宏观数值模拟，能够准确地预测夹渣、冷隔、浇不足、气孔等铸造缺陷，可考虑采用多数学方法耦合的思路处理。SPH的公式构造并不受粒子分布的随意性的影响，可以自然地处理一些具有极大变形的问题。通过图形处理器技术(GPU)能够大幅提高SPH的计算效率。将人工智能机器学习技术和确定性物理建模相耦合，有助于优化传统的数值求解算法，提高精度，使模拟结果更接近于实际生产。     

模具充型过程中光滑粒子流体动力学模拟(英文)

讨论了基于光滑粒子流体动力学(SPH)的压铸充型模拟的实施过程。建立了一种区分流体粒子和入流粒子的入流边界条件。对人工黏度和移动最小二乘法在处理压力振荡中的作用进行了对比。对最终模型在模拟压铸二维与三维的充型过程进行了验证。将SPH和有限差分的模拟结果与实验结果进行了对比研究。结果显示SPH与实验更为吻合,表明了SPH在描述充型过程流态方面的有效性与精度。     

基于近似因子分解法和SPH法的医用挤压铸件充型模拟

采用近似因子分解法、光滑粒子流体动力学法进行挤压铸造充型过程数值模拟研究。模拟结果显示,近似因子分解法、光滑粒子流体动力学法(SPH)计算结果与Win-cast铸造模拟软件计算结果基本一致,从而验证了两种方法的有效性和准确性。由于SPH的粒子携带材料性质,能够在空间中运动,较传统的有限差分法而言,不存在自由表面和运动物质交界面等的位置难以精确确定的问题,在数学模型的建立方面具有一定优势。     

基于SPH法的AZ31镁合金BP-ECAP过程三维数值模拟

光滑粒子流体动力学方法(Smooth Particle Hydrodynamics,SPH)在求解大变形问题方面具有优势。基于SPH法编写程序对AZ31镁合金的BP-ECAP过程进行三维数值模拟,并与相关研究文献进行对比,验证了编写的SPH法背压程序的正确性。对不同工艺参数下AZ31镁合金的背压-等通道挤压过程进行模拟,并从等效塑性应变及损伤值分布角度进行分析。模拟结果表明,选择恰当的背压值能有效地阻止镁合金变形过程中裂纹的萌生及扩展。     

基于变网格技术的枝晶组织数值模拟研究

针对元胞自动机(CA)模型采用均匀网格技术进行凝固组织模拟过程中存在计算效率较低等问题,提出了一种在固/液界面上划分细网格、在其他部分采用较大网格的变网格方法,对该模型进行改进,同时初步探讨了二维CA模型采用不同界面过渡带和粗网格系数等变网格参数时的模拟情况。研究结果表明,与均匀网格模拟相比,变网格技术可显著提高CA模型的计算效率,效率提高近60%,随着界面过渡带和粗网格系数的增加,计算精度提高。     

轴承定位套热锻成形问题的无网格SPH法分析

基于配点型无网格理论和紧支试函数加权残量法理论基础,构造了满足一致性条件的核近似函数,在域内及域边界上节点满足平衡方程及力和位移边界条件的基础上,寻找稳定方案,并建立了三维弹塑性SPH模型。将所建模型运用到某重装企业的轴承定位套锻件生产研究中,对热锻过程中的材料特性参数、锻件尺寸参数等进行了全面的SPH法和FEM法模拟,通过与实验数据的对比分析,验证了SPH模型的正确性和SPH法在分析金属塑性成形过程的优越性,对实际生产具有一定的参考价值。     

变网格技术在三维CA模型中的应用

针对均匀网格技术在采用元胞自动机(cellularautomaton,CA)模型进行凝固组织模拟过程中存在计算效率较低等问题,提出了在固/液界面上划分细网格、在其它部分采用较大网格的变网格方法,对该模型进行改进,同时探讨三维CA模型在采用不同界面过渡带下的模拟情况。研究结果表明:与均匀网格模拟相比,变网格技术可显著提高CA模型的计算效率,并且随着界面过渡带的增加,计算精度随之提高。     

体积成形无网格伽辽金法数值模拟及试验验证

通过移动最小二乘(MLS)近似函数建立无网格伽辽金法的基本公式。其中,本构关系基于Mises屈服准则和刚塑性流动理论给出,基函数采用线性函数。将无网格伽辽金法(EFG)与刚塑性流动理论相结合,编制了三维无网格伽辽金法数值模拟程序。进行铝合金三维体积成形试验,并用编制的模拟程序和ABAQUS有限元软件进行数值模拟。结果表明,无网格法与有限元法的数值模拟结果中的节点分布和等效塑性应变分布比较接近。通过对比数值模拟与试验结果验证了无网格伽辽金法数值模拟程序的可行性。     

基于金属刚塑性/刚粘塑性不可压缩材料的无网格RKPM法

文章将刚塑性/刚粘塑性流动理论与再生核质点方法(RKPM)相结合,提出了基于刚塑性/刚粘塑性不可压缩材料的无网格RKPM法,进一步拓展了无网格RKPM法的应用范围。分别采用边界奇异权法和修正的罚函数法处理本质边界条件和体积不可压缩条件,推导了金属塑性成形过程无网格RKPM法数值模拟的刚度方程,给出了关键算法。对平面应变镦粗过程进行了数值模拟,并将模拟结果与刚塑性有限元体积成形商品化软件Deform 2D计算结果作了比较,二者吻合良好,表明了该文方法的正确性和有效性。     

改进的无网格伽辽金方法及其在三维金属体积成形中的应用研究

针对传统无网格伽辽金方法(EFGM)在构造形函数时,矩阵A容易出现不可逆的弊端,采用带权正交基函数构造形函数,在积分方案上采用单位分解积分方法,从而实现了真正的"无网格"。将改进的EFGM与刚(粘)塑性流动理论相结合,建立了改进的刚(粘)塑性无网格伽辽金方法,自主开发了金属体积成形过程无网格伽辽金方法分析程序。通过对三维金属体积成形工艺算例的数值模拟分析,及与有限元软件分析结果的比较,验证了所建立方法的正确性。     

不可压缩SPH方法模拟非牛顿流边界设置

基于不可压缩SPH(ISPH)算法,针对螺杆挤出螺槽横截面内非牛顿流的计算,对镜像粒子法和静态粒子法两种边界设置方法进行研究。对比分析计算得到的速度场、粘度场、剪切应变率分布发现,使用静态粒子法计算的边界附近粒子的粘度场分布之所以不会剪切变稀,是因为剪切应变率计算的错误造成;而采用镜像粒子法则不会出现这种问题。该研究为不可压缩SPH方法在聚合物挤出加工模拟中的应用打下基础。     

基于非均匀网格模型的压铸充型过程的数值模拟

压铸充型过程数值模拟比较耗时,传统的充型过程的数值模拟采用均匀网格模型,为了保证铸件最薄处的精度,则要采用小的网格单元,这大大阻碍了充型过程数值模拟的实际工程应用.采用非均匀网格技术来进行压铸充型过程的数值模拟,利用基准件来验证了其模拟结果的准确性,并与基于均匀网格模型的模拟结果以及模拟所需时间进行了对比.实际应用表明采用非均匀网格技术可以有效地控制网格数,减少模拟所需的时间,从而使充型过程的数值模拟更能满足实际工程应用.     

基于SPH方法的钢筋混凝土切削模拟研究

钢筋混凝土材料目前已得到广泛应用，但其加工切削过程十分复杂。为解决常规有限元模拟中网格变形尺寸有限的局限性，采用光滑粒子流体动力学（SPH）算法模拟研究金刚石磨粒对钢筋混凝土的切削破碎过程。在数值模拟中，根据金刚石出刃状态将其简化成方形、圆形2种磨粒，并以0.45 mm/ms的速度和0.1 mm的切削深度对钢筋、混凝土和不同组合的钢筋混凝土材料进行表面切削，分析不同情况下的基体碎屑形态特征、切削后基体材料表面形态变化、内部裂纹延伸变化以及磨粒切削面上的应力变化情况。模拟结果表明：SPH方法能够较好地模拟钢筋混凝土在切削过程中的裂纹扩展、碎屑形成和分离；磨粒在切削过程中受到间断性冲击后，会优先破坏混凝土和钢筋材料之间的连接强度，使2种材料逐渐分离，且磨粒以面切削方式进行加工时，相较于点切削方式，能够形成更大的破碎区域。     

基于非正交结构网格有限体积法的铝型材挤压过程数值模拟关键技术

文章基于非正交结构网格,建立了大变形铝型材非稳态挤压过程有限体积法数值模拟的数学模型。给出了非正交结构网格上有限体积法的基本控制方程,研究了非正交网格上有限体积法模拟铝型材挤压过程的关键技术。将流体体积法(VOF)应用于三维非正交网格来捕捉材料流动前沿,采用塑性剪切模型施加了摩擦边界,结合本构方程和粘度迭代,开发了铝型材挤压过程数值模拟程序。针对一大挤压比的典型薄壁铝型材挤压过程进行了数值模拟,得出了速度场、等效应力、等效应变速率等。将模拟结果与有限元软件DEFORM-3D的模拟结果进行对比,验证了该文所建立数学模型的可行性和正确性。     

复杂铝型材挤压过程的模拟与试模(英文)

采用任意拉格朗日-欧拉描述法(ALE) 的自适应网格划分技术,运用 HyperXtrude 软件对铝加工的挤压过程进行仿真模拟,获得挤压时金属流动的应力—应变场、温度场以及速度场,并将模拟仿真结果与试模结果进行对比分析,其结果基本一致,证明运用该仿真模拟方法可以预测实际生产过程中的一些缺陷。