Meshfree Method Numerical Simulation of Sheet Metal Forming Process

Metal forming plays an important role in manufacturing industry and is widely applied in industries. The traditional finite element method (FEM) numerical simulation is commonly used to predict metal forming process. Conventional finite element analysis of metal forming processes often breaks down due to severe mesh distortion, therefore time-consuming remeshing is necessary. Meshfree methods have been developed since 1977 and can avoid this problem. This new generation of computational methods reduces time-consuming model generation and refinement effort, and its shape function has higher order connectivity than FEM's. In this paper the velocity shape functions are developed from a reproducing kernel approximation that satisfies consistency conditions and is used to analyze metal tension rigid viscoplastic deforming and Magnesium Alloy (MB15) sheet superplastic tension forming. A meshfree method metal forming modeling program is set up, the partition of unity method is used to compute the integrations in weak form equations and penalty method is used to impose the essential boundary condition exactly. Metal forming examples, such as sheet metal superplastic tension forming and metal rigid viscoplastic tension forming, are analyzed to demonstrate the performance of meshfree method.     

Meshfree Method Numerical Simulation of Sheet Metal Forming Process

Metal forming plays an important role in manufacturing industry and is widely applied in industries.The tradi- tional finite element method(FEM)numerical simulation is commonly used to predict metal forming process.Conventional finite element analysis of metal forming processes often breaks down due to severe mesh distortion,therefore time-consuming remeshing is necessary.Meshfree methods have been developed since 1977 and can avoid this problem.This new generation of computational methods reduces time-consuming model generation and refinement effort,and its shape function has higher order connectivity than FEM's.In this paper the velocity shape functions are developed from a reproducing kernel approximation that satisfies consistency conditions and is used to analyze metal tension rigid viscoplastic deforming and Magnesium Alloy(MB 15)sheet superplastic ten- sion forming.A meshfree method metal forming modeling program is set up,the partition of unity method is used to compute the integrations in weak form equations and penalty method is used to impose the essential boundary condition exactly.Metal forming examples,such as sheet metal superplastic tension forming and metal rigid viscoplastic tension forming,are analyzed to demon- strate the performance of mesh free method.     

基于Arlequin方法的无网格法与有限元法耦合

研究将有限元法和无网格法进行耦合的新方法.在简要介绍无网格Galerkin法及Arlequin方法的基本理论的基础上,提出基于Arlequin方法的无网格法与有限元法的耦合分析法,给出了计算列式并编制了相应的耦合分析程序.对一端部受均布竖向力作用的悬臂梁和一端固定一端受均布拉力的带边裂纹平板进行了分析,探讨了耦合分析对有限元域以及无网格域的应力或裂尖应力强度因子计算结果的影响.数值算例验证了程序的正确性,表明了基于Arlequin方法将有限元法与无网格法进行耦合分析的可行性.     

土木工程中几种数值分析方法的联系

除传统的有限元法之外，数值分析领域中出现了无网格法、单位分解法、数值流形方法等一批新颖的计算方法。分析了这几种数值方法的来龙去脉、各自的特点、它们的异同和联系，并依据其数学基础分析了它们纳入同一个框架融合使用的可行性。     

无网格法计算中厚板弯曲问题

无网格数值方法用于中厚平板结构的数值计算,与传统的数值方法不同,无网格数值方法只需准备节点数据,不必划分单元,减少了数据准备工作．采用最小二乘法构造形函数,从能量泛函的弱变分形式中得到控制方程,并用拉氏乘子法满足本质边界条件,从而得到偏微分方程的数值解．通过计算可见,无网格数值方法和有限元相比具有精度好、后处理方便等优点．     

自然邻近无网格Petrov-Galerkin法 求解稳态热传导问题

自然邻近无网格Petrov-Galerkin法采用自然邻近插值构造试函数,并且在由Delaunay三角形构成的多边形局部子域上采用局部Petrov-Galerkin方法建立整体求解的平衡控制方程,是一种真正的无网格法。该方法能够方便准确地施加本质边界条件,而且得到的系统矩阵是带状稀疏矩阵。对该方法在稳态热传导问题中的应用进行了研究,算例结果表明该方法具有良好的数值精度和稳定性。     

金属板料二次成型的有限元分析

为了实现同台压力机加工多品种、多型号的板料,大型板料的成型采用同机分步成型,通过采用板料成型动力显式有限元模拟,采用四节点退化壳单元对板料进行离散化,利用中心差分法离散时间域,建立动力显式计算格式,采用罚函数法和修正库仑定理计算接触力和摩擦力.对二次成形过程,建立有限元分析计算模型,通过Dynaform软件仿真得出同机分步成形法的可行性.     

板材成形无网格法模拟中的接触搜索处理

为提高板材冲压成形无网格法数值计算的效率,实现接触搜索并加快搜索速度,提出采用矩阵法处理接触搜索,并构造稀疏"矩阵"记录各节点信息,接触搜索时利用该信息可快速找到从节点影响域内的节点,并利用这些节点构造规模减小的矩阵,可加快矩阵行列式的计算,达到快速且精确地处理接触搜索的目的.数值算例表明,采用矩阵法处理接触搜索是合适的.     

韧性断裂准则在板料成形中应用研究进展

对板料成形中的成形极限应力图、最大变薄率、成形极限图以及韧性断裂准则等预测成形极限的方法进行了综述和分析,提出了利用韧性断裂准则能够较好地预测塑性差的板料成形极限,而且还能考虑应变路径的变化.利用有限元方法模拟时,韧性断裂准则既可以运用到完全耦合的弹塑性损伤模型的增量方法中,也可以运用到一步有限元逆算法中.指出了为准确地预测成形极限,除了提高有限元模拟精度外,应找到一种本质地反映材料性能的准则.     

板料成形模拟中三维构型网格节点的运动控制

基于塑性形变理论的有限元法在板料成形快速模拟中得到了越来越广泛的应用,三维空间构型网格节点的运动控制已经成为了其中一个关键问题.在理想成形理论的基础上,提出了板料成形正向有限元法;针对零件网格节点在三维空间滑移约束面上的运动控制问题,采用三套坐标系与两种坐标转换的策略,基于节点局部坐标系建立正向有限元控制方程,然后进行Newton-Raphson迭代求解;分别运用自主开发的逆向与正向有限元程序,对一个不规则盒形件的拉深成形进行模拟.结果表明,采用三套坐标系与两种坐标转换的策略,实现了正向有限元法在板料成形快速模拟中的应用;相对于逆向有限元法,正向有限元法能够更加有效地预测零件的成形性能与外形.     

无单元方法中处理强加边界条件的方法研究

无单元法的理论基础是滑动最小二乘法，即是将计算场域离散成若干个点，由滑动最小二乘法来拟合函数，从而摆脱了单元的限制。但无单元法自身特性决定了其在强加边界条件处理方面存在一定困难，通过对无单元方法中强加边界条件的几种处理方法进行比较研究，认为用罚函数法处理强加边界条件是一种比较好的方法。     

金属塑性成形过程的时域区段划分

为了解决三维体积成形有限元数值模拟所面临的技术困难，模型元方法从方法学与工程塑性理论方面找到一种解决问题的途径。为使在复杂的三维体积成形过程中能清晰地划分出不同的模型单元，并使每个模型单元均有较准确的理论模型与之相对应，在划分模型单元前必须对金属塑性成形过程在时域上划分出不同的时域区段。文中讨论了金属塑性变形过程时域区段划分的原理与方法，并对几种主要的金属塑性成形过程进行时域区段的划分。     

板料多点与渐进复合成形方法及数值模拟

提出了多点成形与渐进成形技术相结合的板料复合成形新方法,说明了两种复合成形方式的成形原理和成形过程。建立了复合成形分析的有限元模型,对球面件的复合成形过程进行数值模拟,分析了复合成形过程产生的压痕问题及其抑制方法。结果表明,采用弹性垫技术可以有效抑制复合成形过程产生的压痕缺陷,使成形件表面光滑;球面件上等效应力和厚度的变化过程及分布规律表明,随着增量步的加大,板料接触点处的等效应力随之增加,板料的厚度逐渐减薄。复合成形实验显示,数值模拟结果与实验结果基本吻合。     

Model-element Analytic Method for Plastic Forming of Material

1　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＲｅｃｅｎｔｌｙ ,ｉｔｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｄｅｖｅｌｏｐａｎａｌｙｔｉｃｍｅｔｈｏｄｓｔｏｃｏｍｂｉｎｅｓｐｅｃｉａｌｉｚｅｄｂａｓｉｃｔｈｅｏｒｉｅｓｗｉｔｈｅｎｇｉ ｎｅｅｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ .Ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｈａｓｎｏｔｏｎｌｙｐｒｏｍｐｔｅｄｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔｅｃｈ ｎｏｌｏｇｙｉｎｍｅｃｈａｎｉｃｓ ,ｂｕｔａｌｓｏｓｏｌｖｅｄａｌｏｔｏｆｉｓｓｕｅｓｉｎｏｔｈ …     

基于紧支径向基函数的局部径向点插值方法

文章对紧支径向基函数进行完备性修正,利用完备性修正的紧支径向基函数,并结合局部残差的思想,建立了局部径向点插值方法.由于该方法中的插值函数满足Delta函数性质,因此本质边界条件可以像传统的有限元方法一样容易施加,在计算过程中不需要积分网格,是一种"纯无网格方法".将该方法用于二维弹性静力问题的求解,导出其相应的离散方程.数值算例初步验证了该方法的有效性与合理性.     

板料拉延成形的数值模拟与网格试验法

为了对板料拉延进行缺陷预测,在分析板料成形数值模拟和网格试验技术的基础上,采用数值模拟进行拉延成形分析,以及网格试验法进行成形缺陷成因判断,并将两者综合应用进行拉延成形缺陷预测和工艺优化的实例中.     

摩托车发动机用花键冷挤压的有限元分析

采用金属成形有限元分析软件DEFORM，模拟了在不同入模半角下，JH70摩托车发动机主轴的矩形花键冷挤压成形过程。仿真结果显示，成形力随入模半角的增加而上升，选择适当的入模半角，有利于金属成形。并进行了工艺实验，实验结果与数值模拟结果一致。     

摩托车发动机用花键冷挤压的有限元分析

采用金属成形有限元分析软件DEFORM,模拟了在不同入模半角下,JH70摩托车发动机主轴的矩形花键冷挤压成形过程.仿真结果显示,成形力随入模半角的增加而上升,选择适当的入模半角,有利于金属成形.并进行了工艺实验,实验结果与数值模拟结果一致.     

一种刚-塑性有限元的后置处理技术

介绍适用于金属成形过程有限元分析的后处理技术,包括节点应力、应变插值,等值线的绘制等方法,处理两个坐标系统之间的转换关系。该技术简单易行,其精度与有限元分析结果的精度相匹配。举例证实了该技术的可行性。     

局部Petrov-Galerkin无网格方法

简要地阐述了无网格方法,概括了几种典型的无网格插值方案.论述了建立在各种无网格方法一般基础之上的局部彼得洛夫-迦辽金无网格方法,此方法是一种真正的无网格方法,这种方法采用移动最小二乘近似函数作为试函数.此方法的最大特点是在所考虑点处的规则局部区域上以及局部边界上积分,同时给出了建立在无网格局部Petrov-Galerkin方法基础之上的几种MLPG方法,以及MLPG方法的进展和应用.