板材冲压成形的晶体塑性有限元模拟

将率相关晶体塑性本构理论引入Mindlin曲壳单元模型与动力显式有限元法,采用切线系数法计算剪切应变率,根据晶体取向正态分布规律在单元积分点处分配晶体取向,按各晶体取向体积分数的加权平均计算多晶体应力,开发晶体塑性动力显式有限元程序,实现板材冲压成形过程模拟和晶体取向演化预示.以主要初始织构为铜织构和S织构的轧制铝板为对象,对方盒件冲压成形过程及织构演化进行数值模拟,计算结果与试验结果呈现出较好的一致性.通过晶体弹塑性有限元法不仅可以预示板材宏观成形构形变化,而且能够预测板材织构的演化情况.模拟结果显示在方盒件冲压成形过程中,铜织构和S织构为不稳定取向,变形后逐渐转到其他取向.     

晶体塑性模型在板材成形计算机模拟中的应用

阐述晶体塑性理论的基本原理，包括单晶体塑性本构关系，多晶体塑性模型的构造，介绍它在金属成形模拟中的应用概况。在速率相关的晶性模型的引入滑移系活动与否的判断准则，忽略不活动滑移系的贡献，从而在保持计算精度的时间时，大大减少了本构关系的计算时间。采用动力显式有限元方法和多晶体塑性模型模拟铝板的ＬＤＨ试验过程，考察板材的织构对其成形性能的影响。     

纯铝单向压缩过程的晶体塑性有限元模拟

在率相关晶体塑性理论框架下，分别将Taylor模型和有限单元模型两种多晶模型嵌入有限元程序ABAQUS中，实现了纯铝单向压缩过程的晶体塑性有限元模拟。直接将电子背散射衍射（EBSD）获取的晶粒初始取向输入UMAT子程序，预测了单向压缩1050纯铝过程的力学响应与变形织构演化。结果表明：模拟力学响应结果与试验结果有较好的一致性，同时也存在一定偏差。随着真应变的增加，压缩丝织构（〈110〉织构）趋于锋锐，模拟结果与EBSD试验测得的织构演化结果能较好地吻合。     

塑性微成形技术的发展

阐述了塑性微成形研究的目的和意义，重点从尺寸效应、本构模型、摩擦规律、冲压性能和超塑性微成形等5个方面描述了国外塑性微成形技术的发展现状，简单概括了国内微成形技术的发展状况，指出了这一技术面临的挑战和发展趋势。     

[成形过程仿真优化与集成计算材料工程]钛合金热成形工艺形变与组织演变耦合多尺度仿真研究进展

讨论了钛合金高温变形晶体塑性有限元模拟的研究进展，并分析了晶体塑性模型在钛合金细观尺度不均匀变形和组织演化方面的应用；围绕钛合金热成形过程变形与组织演变耦合模拟需求，讨论了钛合金高温成形统一黏塑性本构模型的发展过程，并介绍了统一黏塑性本构模型在钛合金热成形工艺的应用实例。统一黏塑性本构模型考虑了钛合金高温变形过程中回复、再结晶、相变、损伤等组织演变行为与宏观应力应变之间的耦合作用，为实现钛合金构件形状尺寸和组织性能的精确预测和成形工艺优化提供了有效的手段。最后分析了钛合金热成形工艺多尺度建模仍存在的问题，并展望了多尺度建模的发展趋势。     

微型管拉伸过程的晶体塑性有限元模拟及材料参数拟合

采用晶体塑性有限元模拟微型管件的拉伸试验,通过匹配模拟得到的拉伸曲线和实验得到的拉伸曲线来确定微型管件材料的晶体本构方程的各项参数,为后续的微形管件液压成型工艺的数值模拟提供材料参数,具有重要的工程意义。     

金属塑性成形中裂纹萌生的预测

本文讨论应用有限元法预测塑性成形中裂纹的产生。首先简述金属非线性变形理论，其次介绍有限元方程和算法、应变硬化法则及弹塑性模型，最后应用弹塑性有限元相关的断裂准则来预测塑性成形中裂纹的产生。     

板料屈服行为及强化规律的研究进展

研究板料塑性成形的理论基础是屈服准则、强化规律以及本构模型。随着新材料、新工艺的不断出现,温度和应变速率对塑性成形过程中的影响也不容忽视,原有的塑性理论已无法满足研究和工程应用的需求。从板料屈服准则研究、包辛格效应与强化模型研究、屈服强化规律试验方法研究以及涉及应变速率和温度的板料屈服强化研究4个方面阐述板料屈服行为及强化规律的研究进展,指出常用屈服准则的特点和不足,说明各种强化模型中组合强化模型仍然是研究重点。试验方法主要从研究屈服轨迹的双向拉伸试验及确定强化模型参数试验的2个方面进行介绍。此外,指出针对板料在复杂应力状态下应力张量与应变张量之间的涉及应变率和温度的屈服准则和相应的流动准则的本构关系还有待研究。提出随着新材料、新工艺的不断出现,涉及应变速率和温度的屈服准则和强化规律、试验方法以及在有限元模拟中的应用等研究将是未来的研究热点。     

刚塑性变分原理的新形式及有限元法

为了模拟刚性区域很大的金属塑性成形过程,本文对刚塑性的Miss本构方程作了修正,提出了新的数学模型。在此基础上,推导出刚塑性变分原理的新形式、严格的最小值原理及驻值解的唯一性原理,并给出了对应的有限元法,模拟了汽车轮胎螺母冷挤压全过程。     

基于应变梯度塑性理论的纪念币压印成形数值模拟

为了准确体现纪念币压印成形工艺中由于精细浮雕导致的尺寸效应,从Taylor位错模型出发,基于应变梯度塑性理论,建立了压印成形的本构方程。采用纳米压痕试验,获得了Ag999的材料内禀尺寸以及统计存储位错密度和几何必须位错密度的非线性耦合关系。将建立的本构方程用于计算某钥匙纪念币压印成形过程中的压印力变化曲线,并与试验结果进行对比,结果表明,建立的本构方程能够体现压印成形工艺中的尺寸效应,可有效改善压印力的预测精度。     

辊弯成型数值研究综述及全流程仿真关键问题

综述了辊弯成型数值研究的现状 ,总结了半解析法、有限条法、有限元法 3种研究方法的应用情况。指出动态显式有限元方法是建立辊弯成型全流程仿真系统的有效手段 ,并对其中的关键问题包括算法选择、引入各向异性和包辛格效应的材料本构模型、板带皱曲预示、接触回弹、轧辊强度校核等进行了探讨。     

金属切削过程的有限元法仿真研究

根据材料变形的弹塑性理论,建立了材料的应变硬化模型,采用有限元仿真技术,利用有限元软件ABAQUS对中碳合金钢40CrNiMo切削过程中剪切层及切屑的形成进行仿真,分析切削加工区域的应力、应变的分布。该方法比一般的试验法更省时省力,在研究金属切削理论、材料切削性能及开发刀具产品方面有着工程应用价值。     

环件辗扩成形过程微观组织及性能控制研究进展

高性能大型环件精确辗扩控形控性一体化制造是大型运载火箭仓体、风电法兰、核电反应堆及石油化工容器等高端装备向着安全、轻量、高效和长寿命方面发展的迫切需求。综述环件辗扩成形过程微观组织及性能研究现状,分析单、双道次简单热模拟压缩试验和显微组织演变数值模拟技术在环件辗扩过程组织演变研究中的应用,探讨环件组织与性能控制中存在的问题,并指出目前的研究已无法满足上述高性能环件制造要求。提出复杂多道次物理模拟及内变量组织建模用于环件辗扩组织演化分析的必要性,探明环件宏观/微观织构定量表征和晶体塑性有限元法(Crystal plasticity finite element method,CPFEM)揭示组织演变机理的可行性。阐述今后高性能环件辗扩成形组织演变及性能控制的研究方向与重点,未来必须构建辗扩过程环件组织、织构和力学性能之间及其与工艺参数的定量关系。     

CURRENT STATUS AND FUTURE DIRECTION IN THE NUMERICAL MODELING AND SIMULATION OF MACHINING PROCESSES: A CRITICAL LITERATURE REVIEW

This paper presents a literature review on modeling and simulation of the metal cutting process, with special consideration to difficult-to-cut materials. The critical issues in the modeling of the cutting process are presented and investigated, which include the identification and formulation of the material constitutive equation, as well as the models that describe the tribological and thermal interactions at the tool-chip interface. The available approaches for generating constitutive data are critically examined, and their advantages, capabilities and limitations are discussed. The formulation of the constitutive equation significantly affects the accuracy of the finite element (FE) simulation. The evaluation criteria proposed recently by the authors to assess the goodness of different constitutive relationships for the machining process are presented. It is shown that more accurate simulation can be obtained when using a pressure-dependent friction model, compared to that with uniform coefficients. Similar conclusion can be drawn in relation to expressing the thermal contact resistance (or conductance) as position dependent, being directly correlated to the local contact pressure at the interface. In addition, the current applications and future directions of the finite element modeling (FEM) of the metal cutting process are summarized.     

Prediction of anisotropic material behavior based on multiresolution continuum mechanics in consideration of a characteristic length scale

New advanced materials have received more attention from many scientists and engineers because of their outstanding chemical, electrical, thermal, optical, and mechanical properties. Since the design of advanced material by experiments requires high cost and time, numerical approaches have always been of great interest. In this paper, finite element analysis of anisotropic material behavior has been carried out based on a multiresolution continuum theory. Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) damage model has been applied as a constitutive model at macroscale. Effects of plastic anisotropy on deformation behavior are assessed using Hill??s 48 yield function for anisotropic material and von Mises yield function for isotropic material, respectively. The material parameters for both isotropic and anisotropic damage models have systematically been determined from microstructure through unit cell modeling. The newly proposed linear approximation of local velocity gradient resolved the underdetermined problem of the previous homogenization process. Anisotropic material behaviors of a tensile specimen have been investigated by the proposed multiresolution continuum theory.     

管坯电磁胀形磁场特性及磁压力分布

电磁成形理论涉及电磁学与塑性动力学,磁压力研究是其理论研究的基本问题之一。采用有限元法是提高磁压力求解精度的有效途径,而确定求解区域及其边界上的磁场特性又是有限元方法的关键问题。采用解析方法求解管坯与线圈同轴放置时的磁场,确定了有限元的求解区域及该求解区域边界上的磁场特性。在此基础上通过有限元计算得到了螺线管线圈和阶梯形线圈胀形时的磁场场景和磁压力分布,并通过管坯自由胀形试验验证了磁压力分布。     

Use of crystal plasticity in metal forming simulations

Some recent work on the implementation of crystal plasticity constitutive relations in the simulation of metal deformation processes is discussed. The rate-dependent crystal plasticity theory employed is first briefly presented. We then consider some special cases of fcc metals with certain “ideal textures”, for which closed-form analytical solutions are given for rolling and biaxial sheet stretching modes. Finally, the incorporation of the crystal plasticity constitutive relations into the finite element analysis of large-strain boundary-value problems is illustrated. The example treated is the behaviour of axially constrained and freely elongating solid circular bars subject to finite strain torsion.