数值模拟技术在塑性成形中的应用与发展

塑性成形是金属加工的一种重要手段,通过讨论数值模拟技术在塑性成形中的应用,给出了它将来的发展趋势,有助于更深入地研究、推广和应用塑性成形技术.     

数值模拟技术在精密塑性成形工艺分析中的应用

现代制造业突出的一个特征是客户对所选择产品的设计与制造更多地融入了个性化的信息,这势必带来产品开发设计周期长、成本高和质量不稳定等问题。因此,企业迫切需要采用科学有效的手段,提高对市场需求的响应速度。近年来,随着多学科的相继发展,为企业降低成本、提升质量和服务拓展了空间。其中,计算机技术必然成为重要的工具之一。本期专题将总结计算机在锻压领域的应用,包括走向实用的数值模拟技术在锻压过程中对缺陷的预防、对模具结构设计和工艺参数的优化;计算机辅助设计与制造在典型产品中的应用等。     

同步器齿毂塑性成形数值模拟研究

通过对汽车同步器齿毂塑性成形计算机数值模拟分析,研究了毛坯形状对成形的影响,选择出了合理的毛坯形状,并通过实验验证了其正确性．     

金属塑性成形过程CSPH无网格法数值模拟

应用微可压缩刚塑性材料的流动法则,采用修正的光滑粒子力学(Corrected smooth particle hydrodynamics, CSPH)无网格法,自行开发了求解金属方棒压缩和圆棒压缩等金属塑性成形过程应用程序。提出一种简单的求解体积应变速率的光滑技术,该技术使应力场计算结果能得到较好的改善。采用CSPH无网格法求解纯铝和Al6060铝合金材料压缩过程得到的速度场和应力场结果与有限元法计算结果以及试验数据进行了分析比较。结果表明, CSPH法能够较好地求解金属大变形过程,为今后进一步分析复杂金属变形问题提供了良好的研究手段。     

数值模拟技术在板料成形中的应用

综述了板料成形中有限元数值模拟技术的发展,介绍了国内外板料成形研究现状、应用水平、常用模拟软件和板料成形的数值模拟的前处理、有限元分析以及后处理,详细分析了CAD建模、有限元建模以及算法的选择以及常见的起皱、破裂、回弹成形缺陷,并指出了今后的研究方向。     

金属塑性成形过程再生核质点无网格方法数值模拟

应用微可压缩材料的流动法则,采用再生核函数无网格方法,自行开发了求解方棒压缩、圆棒压缩、反向挤压和轧制等金属塑性成形过程应用程序。应用再生核质点无网格方法计算得到纯铝和铝合金材料金属塑性成形过程的速度场和应力场解析结果,并与自行开发的I-Form有限元程序得到的计算结果以及试验数据进行了分析比较,结果符合良好。再生核质点无网格方法具有求解金属大变形特点,解决了有限元法中的网格重划问题,为复杂金属变形分析提供了良好的研究手段。     

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。     

汽车覆盖件成形数值模拟研究

论述汽车覆盖件成形数值模拟涉及的的关键技术，包括退化四节点壳单元应用、有奶元计算模型建立、接触摩擦分析及显式时间积分方程等，给出了两个模拟实例。     

往复成形精冲过程数值模拟

在强力压边精冲、对向凹模精冲、振动修边和往复冲裁等传统金属塑性加工工艺特点的基础上，提出了往复成形精冲，并对新方法的工艺过程建立了力学模型，进行了数值模拟，旨在突破精冲板厚极限，拓展精冲技术的应用范围。     

塑性加工技术的发展趋势

综述２１世纪对塑性加工需求的变化,为适应这种变化塑性加工及相关技术的主要发展动向,以及我们在新世纪面临的任务。     

金属热态塑性成形过程中组织演变的模型化研究

微观组织模拟已经成为热态塑性成形过程数值模拟技术研究的重点，其核心是组织演变模型的建立。概述了金属热态塑性成形过程中的微观组织演变及其模型化的研究概况，详细评述了描述材料组织演变的两类模型，即数值模型和随机模型，探讨了现有模型的基本概念、适用范围及工业应用等，并指出了组织演变模型研究中存在的不足及今后的研究重点。     

多工步橡皮成形工艺过程数值模拟研究

采用非线性有限元分析软件对复杂飞机舱门内衬板零件的橡皮成形过程进行计算机模拟。涉及到模拟算法的选择,多工步成形与回弹的数据处理技术,多个工步成形工艺设计,摩擦算法、罚参数的确定;预示和分析了3个工步的模拟过程中板料回弹,材料变薄,起皱,板料贴模的影响因素。     

板式翅片滚压成型的数值模拟

针对板式翅片加工现状,提出一种板式翅片滚压成型新方法。阐述了该方法的成形原理;在三维软件中建立了滚压刀具和工件的有限元分析模型,采用Deform-3D有限元分析软件对板式翅片滚压成型过程进行了数值仿真,获得了理想的翅片形状;分析了成形过程中工件的应力状态及滚压刀具的受力情况,为板式翅片滚压成型方法的研究和应用提供了重要理论依据。     

材料成形过程模拟技术及其应用

综述了目前材料成形工程模拟的状况，介绍了塑料注射成形、金属铸造成形和板料冲压成形模拟的功能和特色，着重分析了这三种成形过程模拟的关键技术和创新点，并通过实例验证和大范围的推广应用，实现了材料成形过程模拟软件的实用化和商品化。     

冷滚打成形力及金属变形的有限元数值模拟

为了得到能够准确高效计算冷滚打成形实体零件外齿形的成形力和整体金属塑性变形情况的数值模拟方法,根据冷滚打成形的基本原理,建立了能够表征冷滚打成形实体零件外齿形特点的典型有限元模型,并参照实验条件进行了实例计算。所得计算结果与实验相比较,证明了该计算模型和方法能够有效反映出稳定成形时主成形力的平均峰值。同时金属塑性变形的计算结果能有效反映冷滚打成形齿形时的金属变形情况,能够预测和解释外沿飞边和纵向的弓形缺陷的发生。在此基础上研究了提高数值计算效率的方法,得出质量缩放因子取60 000、最小单元格长度0.25mm时可获得较高的计算效率。     

板料冲压数值模拟的并行计算与应用

介绍了自主开发的板料成形CAE串行软件CADEM和并行版DYSI3D所涉及的核心理论，通过仿真软件的并行化，从根本上解决了计算精度和速度矛盾。以汽车外覆盖件翼子板的拉延模具开发为例，验证了该软件的可靠性。     

板料成形中悬空区起皱过程的数值模拟

以逐级更新Ｌａｇｒａｎｇｅ描述的有限变形虚功原理为理论基础，采用Ｍｉｎｄｌｉｎ退化板壳单元，开发板料冲压成形起皱过程的有限元数值软件ＷＲＳＩＭ，模拟了３种典型悬空区起皱问题，所得结果与实验观察基本一致，该软件可与其他成形过程数值模拟软件一起用于模具ＣＡＥ，以使在模具设计冲压件件的可成形性。     

半固态加工技术及工艺过程的数值模拟

半固态金属成形技术具有许多优点,被专家们称为21世纪新兴的金属制造关键技术之一.介绍了半固态金属成形工艺、坯料制备工艺、数值模拟状况、国内外研究应用情况,发展中存在的问题及研究重点.     

凸翻边零件的液压橡皮成形有限元模拟与分析

利用有限元技术,对凸翻边钣金零件的高压橡皮成形过程进行模拟分析.通过增加侧压块和加大毛坯的方式,由数值模拟与分析,指出了侧压块有利于凸翻边件的成形,以及摩擦因素和模具与侧压块之间的距离对凸翻边件成形的影响,为有限元在橡皮成形工艺中的应用积累了参考数据,为其工艺设计提供了参考依据.