基于有限元数值模拟的板料成型接触分析

根据板料成型过程中模具的运动特点和它与板料的相互关系，建立了接触问题的虚功方程和接触单元技术，并对板料成型数值模拟中的接触点模型、接触边界模型、接触力计算模型和摩擦模型等问题进行了详细分析．最后用一个实例进行了验证。     

注射成型过程的有限元分析

注射成型是高粘性，可压缩牛顿流体的非稳定流动过程，用解析法妥高度耦合的非线性偏微分方程组非常困难。文中给出了描述流体流变特性的控制方程，并通过具体注介绍注射成型的有限元分析方法，包括分析模型建立、工艺参数设置和分析结果研究。     

一次成型四层卷焊管的有限元模拟

在大功率柴油发动机的高压油路中，常常需要用到管径较细、有一定壁厚且能承受高压的油管。以往采用铜来生产这种油管，其成本较高、资源少且加工精度低，而用卷焊管替代铜管则是发展的必然趋势。采用可靠性好、成本低、精度高的一次成型四层卷焊管可以克服上述缺点。在对其成型中各道次的孔型进行设计的基础上^[1]，通过有限元对其成型的可行性做了模拟，认为其孔型设计、轧辊布置等是合理的。     

非平底凹模复合成型中板料成型有限元分析

金属板料与塑料复合成型中采用非平底凹模结构制造复杂轮廓形状的复合零件时，金属板料的轮廓形状受到金属板料成型极限的限制，作者用复合成型试验和弹塑性大变形有限元方法揭示了表面轮廓形状较复杂的结构零件复合成型中金属板料的成型过程，变形板料划分为6个区域；凸缘区（Ⅰ区），模腔入口圆角区（Ⅱ区），与模底接触区1（Ⅲ区），模底圆角过渡区（Ⅳ区），与模底接触区2（Ⅴ区），及Ⅱ区与Ⅴ区之间的自由变形区（Ⅵ区）。研究结果表明：Ⅰ区与Ⅱ区处于拉伸变形状态，Ⅲ区处于板面内双向伸长变形状态；由于模具轮廓形状的急剧变化以及小圆角半径的影响，Ⅳ区内剪切和弯曲作用强，并形成一个板厚大大减薄的大塑性变形区；当熔体区压力超过28MPa时，板料的变形主要集中在Ⅵ区，并在Ⅵ区与Ⅱ区和Ⅵ区和Ⅴ区变界上形成2个板厚减薄较严重的大塑性变形区。     

基于Navier滑移模型的聚合物挤出成型有限元模拟

基于聚合物挤出成型过程中壁面滑移机理,采用Navier滑移模型,利用有限元方法对聚合物挤出过程进行了数值模拟。基于微观壁面滑移机理对壁面滑移进行了理论分析,获得了不同滑移系数对熔体的速度、剪切速率和压力的影响规律。研究结果表明:随着壁面滑移系数减小,熔体在模具出口截面的速度梯度减小,熔体出口速度逐渐趋于一致,逐渐呈柱塞流;熔体剪切速率和剪切应力减小,靠近壁面的大分子间出现解缠,或与壁面吸附力减弱,熔体滑移程度增强,熔体内速度梯度减小;熔体流动所受的阻流作用减小,压力降减小,有利于熔体流动。     

秸秆类生物质固化成型有限元模拟

秸秆类生物质属于可压缩材料，其密度较低，致密化是提高生物质制品性能的关键．根据生物质压缩成型的主要特点，利用ANSYS的结构分析模块对挤压过程进行有限元模拟，得到载荷在材料致密化过程中的变化规律，揭示了在整个成形过程中制品内部应力应变及其历史演化过程，进而对生物质成型机理研究提供了依据。     

模拟加工成型的稳态化混合有限元分析

近年来有限元方法应用于模拟加工成型过程的研究取得了较大的发展。稳态化混舍有限元法由于避免了伽辽金有限元方法存在的问题，引起越来越多学者的重视。首先使用罚因子将材料的体积近似不可压缩性或不可压缩性条件引入有限元基本平衡方程，针对Anand粘塑性材料模型争超塑性材料模型，导出了压力-位移(速度)稳态化混舍有限元方程，给出了各种材料模型的有效粘度表达式，找出它与等效应变速率之间的关系，算例的结果与ANSYS有限元分析软件进行比较；验证了结果的可靠性。     

秸秆类生物质固化成型有限元模拟

秸秆类生物质属于可压缩材料,其密度较低,致密化是提高生物质制品性能的关键.根据生物质压缩成型的主要特点,利用ANSYS的结构分析模块对挤压过程进行有限元模拟,得到载荷在材料致密化过程中的变化规律,揭示了在整个成形过程中制品内部应力应变及其历史演化过程,进而对生物质成型机理研究提供了依据.     

复合材料制品模压成型有限元分析

针对某运动器材的碳纤维复合材料加固件进行加工过程的有限元分析.鉴于纤维复合材料属于热固性和热塑性材料,适合采用模压成型工艺.将碳纤维复合材料毛坯料进行预热软化,然后将毛坯置入模腔内合模,将模具加热固化成型.因模压时工作压力较大,且需保持一段时间,制品可能产生较大应力.对制品模压成型过程进行有限元模拟和分析,为复合材料产品设计和模具设计提供优化设计依据.考察了4种常见的铺层方式,讨论了铺层对结构强度的影响.     

Q450冷弯成型角钢有限元数值模拟

采用非线性有限元法对冷弯成型过程中角钢各部位的应力、应变分布情况进行分析,并揭示了角钢在成型过程中金属的变形规律。结果表明,有限元模拟得出的板材应力、应变分布规律与实际情况相符舍,冷弯回弹模拟结果与实测回弹值存在一定的误差,模拟结果中回弹角随着成型角增加时的变化规律与实测结果一致。采用非线性有限元法对冷弯成型过程进行数值模拟是可行的。     

空间飞行器杆系结构金属接头的有限元分析

讨论了复合材料杆系结构中金属接头几何造型特点,以图形软件为基础,从数据库中提取相贯曲线及其参数,最终形成金属接头的有限元模型。根据其所受载荷特点,进行了有限元分析,解决了某空间飞行器支架结构复合材料杆系金属接头的强度和变形的计算问题。实践证明,该建模方法简捷、准确,用户只需要修改若干基本参数,便可以直接生成的金属接头结构的有限无模型,为金属接头的优化设计奠定了基础。     

基于三角形膜单元的钣金成形有限元逆算法

以三角形膜单元为基础，推导了精度较高的有限元逆算法．算法中考虑了摩擦、压边力、拉延筋等实际工艺条件，并实现了计算机程序．利用此程序可以计算出与冲压件相对应的毛坯的展开形状，冲压件最终的应力、应变分布和厚度变化率等信息．以锥形盆为例，验证了根据有限元逆算法设计的毛料展开程序在毛料展开中的有效性和精确性．实例分析表明在工程允许精度范围内，有限元逆算法可对板料成形工艺方案进行快速评价，优化冲压工艺参数，是一种有效的钣金展开算法．     

基于三角形膜单元的钣金成形有限元逆算法

以三角形膜单元为基础,推导了精度较高的有限元逆算法.算法中考虑了摩擦、压边力、拉延筋等实际工艺条件,并实现了计算机程序.利用此程序可以计算出与冲压件相对应的毛坯的展开形状,冲压件最终的应力、应变分布和厚度变化率等信息.本文以锥形盆为例,验证了根据有限元逆算法设计的毛料展开程序在毛料展开中的有效性和精确性.实例分析表明在工程允许精度范围内,有限元逆算法可对板料成形工艺方案进行快速评价,优化冲压工艺参数,是一种有效的钣金展开算法.     

带金属O型环法兰的密封性能有限元分析

借助有限元分析软件ANSYS,综合考虑了法兰各部件间的接触作用、螺栓预紧作用以及O型环的材料非线性,对一使用金属O型环密封的非标准法兰进行密封性能分析.参考ASME规范,校核了法兰的密封性能.进一步的计算表明:在一定条件下,O型环和法兰密封面间的最大接触压力与内压之间存在线性相关性.进而结合操作密封比压与内压之间的关系,可以得到法兰的极限内压.对于使用金属O型环密封的法兰连接结构,该研究能为法兰的优化设计与密封性能预测提供参考.     

一种基于有限元仿真的板料成形极限预测方法

从成形极限图试验中观察得到了板料发生缩颈的2条判断准则：1．板料发生缩颈时凸模与板料接触力出现峰值；2．缩颈区域应变路径向平面应变状态发生突变，在有限元仿真软件中建立成形极限图试验的模型，对不同尺寸的试件进行仿真，根据以上2种准则可以得到在不同应变状态下的缩颈应变成形极限和应力成形极限．在二维坐标系里标出得到的极限点并连成曲线，即为用有限元仿真方法得到的板料应变成形极限图（Forming Limits Diagram-FLD）和应力成形极限图（Forming Limit Stress Diagrmn-FLSD）．通过与理论计算方法和试验方法得到的结果对比发现用该方法得到的FLD以度FLSD比理论推导出的更接近试验得到的数据．     

一种基于有限元仿真的板料成形极限预测方法

从成形极限图试验中观察得到了板料发生缩颈的2条判断准则：1.板料发生缩颈时凸模与板料接触力出现峰值;2.缩颈区域应变路径向平面应变状态发生突变.在有限元仿真软件中建立成形极限图试验的模型,对不同尺寸的试件进行仿真,根据以上2种准则可以得到在不同应变状态下的缩颈应变成形极限和应力成形极限.在二维坐标系里标出得到的极限点并连成曲线,即为用有限元仿真方法得到的板料应变成形极限图（Forming Limits Diagram,FLD）和应力成形极限图（Forming Limit Stress Diagram,FLSD）.通过与理论计算方法和试验方法得到的结果对比发现用该方法得到的FLD以及FLSD比理论推导出的更接近试验得到的数据     

Finite element analysis of rolling process for variable cross-section blade

Due to the variation ofthe blade cross-section, the deformation stress and strain of the workpiece keep changing during the rolling process and the conventional rolling theory is no longer valid. The complexity and diversity of the blade cross-section determine it impossible to establish an universal theoretical model for the rolling process. Finite element analysis （FEA） provides a perspective solution to the prediction. The FEA software DEFORM was applied to discovering the deformation, stress, strain and velocity field of the variable cross-section workpiece, and the effects of friction coefficient and rolling speed during the rolling process, which indicates that the average rolling force at friction coefficient of 0.4 is 6.5% higher than that at 0.12, and the rolling velocity has less effect on the equivalent stress and strain distribution, which would confer instructive significance on the theoretical study as well as the engineering practice.     

数值模拟技术在金属成形过程中的应用

金属成形过程非常复杂,不能像常规机械设计那样进行比较精确的设计计算.现代制造业对塑性成形工艺分析和模具设计方面的高要求使得数值模拟技术在这一领域得到了广泛的应用.通过在计算机上描述整个挤压成形过程,计算分析成形过程中影响较大的一些因素,通过逐步修改逼近过程,以检查模具设计是否合理,以避免起皱、充填不满、自由边变形不合要求等缺陷.通过图象终端对分析结果及影响因素进行反复修改,以趋近最佳结果.最终达到代替或部分代替试验工作,提高设计效率和产品质量,节约资源以及人力、物力的目的.     

金属体积成形过程三维刚塑性有限元模拟系统

本文论述了金属体积成形过程三维刚塑性有限元模拟分析系统的结构和程序实现，开发了相应的三维刚塑性有限元模拟软件，并以直齿圆柱齿轮精锻过程为研究对象，对金属体积成形过程进行了三维刚塑性有限元模拟，结果表明该软件系统是可靠的。     

Process of back pressure deep drawing with solid granule medium on sheet metal

The experimental die apparatus of the solid granules medium forming on sheet metal was designed and manufactured.Typical parts,such as conical,parabolic,cylindrical and square-box-shaped components,were successfully trial-produced as well.According to the analysis of the changing trends of the cross-section shape and the wall thickness during the process,it can be found that the shape of the free deformation zone of the sheet metal,which is the most critical thinning area,can be described as an approximately spherical cap.According to this forming feature,back pressure deep drawing technology with solid granules medium on sheet metal was proposed to restrain drastic thinning at the bottom of the part through the joint friction effect of solid granules medium,the back pressure tringle and the sheet metal.Therefore,the deep drawing limit of the sheet metal is significantly improved.In order to fabricate thin-walled rotary parts with great drawing ratio and complex cross-sections,a finite element model based on the material property test of the solid granules medium was established to optimize the scheme of the back pressure deep drawing.The effects on the forming performance of sheet metal from back pressure load and the approach of blank holding control were analyzed through this model.