体积成形预成形设计及优化方法的研究与应用

文章立足于体积成形预成形设计及优化领域的新发展,侧重介绍了在叶片锻造预成形设计及优化方面的应用。对包括工程实际、物理模拟、数值模拟以及类等势场模拟在内的体积成形预成形的各种设计方法进行了全面阐述;归纳总结了目前研究较为热门的基于数值模拟,并结合一定寻优方法的体积成形预成形优化设计的各种主流及创新方法,而且对这些方法的基本原理、优缺点以及应用前景等做了详细介绍;对未来预成形设计及优化技术的总体发展趋势进行了展望。     

金属体积成形模拟技术

综述了体积成形过程数值模拟的发展历史和研究进展,评述了物理模拟的重要性,分析了体积成形模拟发展趋势。     

体积成形过程预成形优化设计系统的开发研究

采用塑性有限元、灵敏度分析和工程优化算法相结合的方法 ,针对精密成形问题 ,提出了一种对多工序锻造过程预成形模具进行优化设计的方法 ,并在此基础上开发了界面友好、自动化程度高、易于使用的锻造优化设计工具软件DOTFORGE。该软件通过优化设计预成形模具形状 ,可实现对锻造过程中多种目标的优化控制。给出预成形优化设计的目标函数和设计变量以及灵敏度分析方法 ,详细介绍了软件的结构功能、关键技术以及应用实例。     

金属体积塑性成形过程数值模拟技术与仿真系统

介绍了金属体积塑性成形过程数值模拟方法、关键应用技术及其仿真系统的构成和国内外相关软件系统，对二维、三维有限元网格自动生成技术进行了较为详细的论述，综述了金属塑性成形过程优化设计方法、有限体积法以及无网格方法的国内外现状。最后给出了目前存在的问题及其将来应努力的方向。     

镁合金复杂构件预成形体积分配及量化设计

针对镁合金薄壁复杂构件的整体挤压成形难点,利用Deform-3D有限元模拟软件对不同挤压方案成形过程进行数值分析;研究预成形毛坯对成形过程中折叠及充填不满缺陷的影响;基于塑性变形过程中的能量最小原理及阻力最小定律,提出体积分配及材料等距离流动量化补偿法,优化预成形毛坯尺寸及结构。终成形时材料流动速度场分布均匀,成形载荷降低,未出现折叠及充填不满的缺陷,实现了高效、可靠的镁合金异形复杂构件预成形优化设计。成形试验及微观组织、力学性能测试表明,挤压件的尺寸精度、表面质量及力学性能均满足产品服役指标。     

金属塑性成形有限元模拟中材料体积变化

金属塑性成形的一个基本条件就是体积不变,但有限元模拟过程中又必然存在体积变化,从而影响了模拟精度和模拟结果。分析讨论了影响材料体积变化的三个主要因素：有限元网格变形及网格重划、增量步长、惩罚因子,并给出了相应的控制方法。     

金属体积塑性成形过程数值模拟技术与仿真系统

介绍了金属体积塑性成形过程数值模拟方法、关键应用技术及其仿真系统的构成和国内外相关软件系统，对二维、三维有限元网格自动生成技术进行了较为详细的论述，综述了金属塑性成形过程优化设计方法、有限体积法以及无网格方法的国内外现状。最后给出了目前存在的问题及其将来应努力的方向。     

锻钢活塞预成形过程的数值模拟分析

锻造成形过程是一个非常复杂的弹塑性大变形过程,有限元法是用于锻造成形过程模拟中一种有效的数值计算方法。通过数值模拟技术分析锻钢活塞的预成形过程,优化预成形模具型腔,获得了合理的生产工艺,达到减少成形工步、提高原材料利用率并获得合格终锻件的目的。     

金属体积成形仿真技术的发展概况

对体积成形仿真技术的发展作了全面的回顾，综述了体积成形过程数值模拟的发展历史和研究进展，并详细总结了其中的关健技术、存在的技术难点和发展趋势。     

预成形设计的新方法—反向模拟技术

一、引言在实际锻造生产中,大多数锻件的几何形状是相当复杂的。这些锻件,当用形状规则的毛坯(如圆柱体)直接成形(一次成形)时,锻出的锻件会出现严重的质量问题,如充不满、折叠、裂纹等缺陷。为保证获得高质量的锻件,在进行终锻前,必须进行一次或多次预锻。即预成形(performing)。预成形的目的是为了合理地分配金属,使金属在终锻时完全充满模腔,且又不出现缺陷。此外,还可以避免一次成形时变形力太大的问题,从而提高模     

无网格方法及其在体积成形中的应用

应用有限元模拟体积成形时 ,由于坯料变形很大导致网格畸变 ,使得解题效率和计算精度大大降低。作为一种新兴的数值计算方法 ,无网格计算只需将求解域离散为独立的节点 ,因此适用于分析大变形问题 ,位移场利用节点值通过函数拟合得到 ,可以保证在整个求解域内连续 ,同时后处理计算具有简单和精度高的优点。本文简要介绍无网格方法的基本原理 ,包括位移场的逼近、泛函的积分及边界条件的处理 ,最后分析了圆柱体镦粗过程 ,通过与DEFORM2D结果的比较验证了此方法的可行性     

金属体积成形过程中温度场的分析

以耦合的方式来处理体积成形过程中塑性变形和温度场之间的相互影响和相互作用 ,开发了一套能进行热力耦合分析的刚塑性 /刚粘塑性有限元模拟软件HFORGE2D ,并利用该软件对镦粗过程和模锻过程进行了数值模拟 ,揭示了成形过程中塑性变形和温度场之间的内在联系     

基于全量理论的金属体积成形多步数值模拟

运用一种基于全量理论的多步有限元方法计算分析了金属体积成形过程.该方法针对刚塑性不可压缩材料,在静力平衡条件下以约束变分原理通过最小化近似塑性势能进行有限元求解.多步模拟在各中间构形的虚拟滑动约束下沿变形路径进行分步迭代计算,考虑了接触和变形历史,能够快速模拟较复杂的体积成形问题.运用该方法对几个典型金属体积成形过程进行了正向一步和多步数值模拟,将计算结果与增量有限元法计算结果进行了比较.结果表明:在计算金属体积成形过程中,基于全量理论的多步有限元模拟能够在大大缩短计算时间的同时获得与增量法计算结果相比偏差小于10%的计算结果.     

图像处理技术在喷射成形沉积坯边缘检测中的应用

介绍用于喷射成形工艺中沉积坯边缘检测的图像处理技术。基于对喷射成形工艺的分析,采用自适应滤波算法消除图像中存在的噪声,然后采用亚像素级边缘检测算子Zernike精确获得沉积坯的边缘。为提高边缘的定位精度,根据Zernike矩理论推导了两个7×7的模板。实验结果表明,该方法能有效测出沉积坯边缘,定位精度较高,沉积坯尺寸的相对误差≤0.32%。     

复杂体积成形三维有限元仿真的关键技术

本文讨论了复杂三维体积成形三维有限元仿真目前存在的难点，并提出了相应的解决方法，利用自行开发的三维有限元仿真系统，对实际生产中的复杂的多工位体积成形过程进行了三维有限元仿真，从仿真结果可以看出。本文所述的解决方法是成功的。     

板材多点成形过程数值模拟的研究

多点柔性成形是一种先进的板材成形技术。在多点成形过程中 ,板材的受力状态、变形特点、接触边界等与传统的冲压成形有很大的不同 ,商业软件不能有效地反应这些特点。本文给出了自主开发的板材多点成形过程数值模拟专用软件 (MPFORM)所采用的有关理论与公式 ,介绍了基于UL隐式格式的弹塑性大变形有限元方法、退化板壳有限元模型以及处理多点不连续接触边界的接触单元技术等 ,给出了球形面与马鞍面多点成形过程的MPFORM数值模拟结果     

板料激光成形时的形变场研究

采用三维热弹塑性有限元法对板料激光弯曲成形时的形变场进行了研究。考虑成形时屈服应力随温度急剧变化的特点,对弹塑性过渡区进行了特殊处理。计算时采用了缩减积分方案。数值模拟所得到的位移场的形态以及工艺参数的影响规律与实验观测一致。     

板料成形数值模拟进展

在给出板料成形的典型成形过程、物理过程与力学模型的基础上，评述了板料成形数值模拟的发展历史和最新进展，包括成形过程与成形缺陷模拟发展，常用材料模型与壳体模型，接触摩擦处理及汽车覆盖件成形应用，文末指出了该领域的发展趋势。     

板料成形有限元数值模拟中的编程语言

本文用自主开发的板料成形静力隐式弹塑性有限元模拟程序 SHEETFORM对方盒形件拉深成形过程进行了数值模拟 ,全面比较了 FORTRAN语言版本和 C++语言版本的有限元数值计算程序 SHEETFORM在数值计算过程中所表现的性能。发现 :在所有参数相同的情况下 ,C++语言编写的有限元程序 SHEETFORM- C和 FOR-TRAN语言编制的有限元程序 SHEETFORM- F可以得到完全相同精度的计算结果 ,而且两者在所有加载步中所需的迭代步数完全一致 ,计算效率也基本接近。     

金属板材分层渐进成形技术及其有限元模拟

本文介绍了金属板材分层渐进成形技术。由于金属板材分层渐进成形的工艺较复杂 ,各种参数及加工轨迹很难用实验方法确定 ,如何选择合理的工艺参数来得到理想的加工工件成为问题的关键。根据金属板材分层渐进成形为多工步成形的技术特点 ,提出了金属板材分层渐进成形的有限元模拟方案