基于配点型无网格法的金属体积成形过程数值模拟

基于配点型无网格法的基本原理，阐述了采用配点型无网格法求解偏微分方程的步骤和方法，推导了刚塑性二维轴对称问题的配点型无网格法求解公式。以汽车气门弹簧座冷挤压过程为例，对金属体积成形的塑性变形情况进行了模拟分析。算例表明，配点型无网格法不需要借助背景网格或有限元网格进行数值积分，解决了伽辽金型无网格法计算效率低的问题。计算结果与有限元法比较接近，说明配点型无网格法用于金属塑性大变形过程数值模拟是可行性的。     

基于物质点法金属体积成形过程的仿真

针对传统有限元法开展金属体积成形分析过程中存在的网格畸变,以及在常规无网格法分析中存在的本质边界条件施加困难等问题,建立了基于物质点法金属体积成形过程的仿真模型。因其背景网格积分采用了有限元形函数,从而有效地解决了边界条件施加困难的问题。通过对圆柱顶镦和反向挤压等金属体积成形过程的仿真,并将仿真结果与实验和有限元结果进行了对比分析,结果显示物质点法不仅能有效地消除网格畸变,而且在金属发生大变形时其计算精度优于有限元法的计算精度。所得结论可为物质点法在弹塑性大变形分析中的应用提供指导。     

方盒形件拉深成形无网格法模拟

针对板材冲压成形有限元模拟存在的不足,采用一种新的数值方法——无网格法对方盒形件拉深成形进行数值模拟研究。建立基于无网格法的板材冲压成形力学控制方程。采用材料形函数避免影响域和形函数的频繁更新。通过改造无网格形函数获得动可容形函数,该形函数具有插值性,通过对全域内的节点形函数进行重新构造,可精确施加复杂问题的本征边界条件。利用模具上分布的节点建立矩阵,利用矩阵的特性可实现接触搜索。在此基础上,为提高接触搜索效率,提出建立稀疏"矩阵"数据结构加快接触搜索。编写板材冲压成形无网格模拟程序,实现方盒形件拉深成形无网格法模拟。通过盒形件冲压成形无网格数值模拟考察压边力对盒形件冲压成形过程的影响,获得厚度分布和应力应变分布,通过数值模拟结果与试验结果的比较,表明采用无网格法模拟板材冲压成形是有效的。     

板材成形无网格再生核质子法模拟中的接触处理

无网格法不依赖节点,且其形函数具有高阶连续性和非插值性。对板材成形数值模拟,无网格法比有限元法更具优势。接触处理是板材成形无网格数值模拟中的关键问题。构造稀疏"矩阵"加快接触搜索,重构再生核质子法(Reproducing kernel particle method,RKPM)形函数,并使之具有插值性,在此基础上建立材料形函数,精确施加板材成形中的本征边界条件,采用接触力计算模型导出节点接触力无网格表达式,可准确处理板材成形无网格法模拟中的接触问题。数值算例表明接触处理法是可靠的。     

基于金属成形塑性分析的无网格法应用

在金属弹塑性变形、金属体积成形、板料成形等金属成形加工方面,分析比较了有限元法与无网格法的优缺点,总结了无网格法各种算法的优势与现状,得出了无网格法在金属成形塑性分析中的巨大潜力,同时,分析了无网格法的不足、亟待继续深入解决的问题,并展望了无网格法在金属成形塑性分析中的发展.     

金属塑性成形过程无网格伽辽金法数值模拟技术研究

将无网格伽辽金法与刚(粘)塑性流动理论相结合,对无网格伽辽金法在金属塑性成形过程数值模拟中的应用技术进行了研究,分别采用混合变换法和罚函数法实现速度边界条件和体积不变条件,提出了基于刚(粘)塑性力学流动理论的无网格伽辽金法,给出了金属塑性成形无网格伽辽金法数值模拟的关键算法,拓展了无网格方法在金属成形领域的应用范围。典型算例的数值计算结果表明了方法的可行性。     

金属塑性成形过程的无网格LRPIM方法分析

结合微可压缩刚塑性材料的流动法则,利用局部加权残量法推导金属塑性成形过程的离散系统方程。采用径向基函数耦合多项式基函数构造无网格点插值法的形函数,用三次样条函数作为权函数。建立基于无网格局部径向基点插值法(local radial points interpolation method,LRPIM)的二维金属塑性成形离散控制方程,给出关键算法。径向基函数具有δ函数性质,因此可以很方便地施加本质边界条件。所有数值积分都在规则形状的局部域及其边界上进行,不需要积分背景网格,是一种真正的无网格法。对典型塑性成形过程进行LRPIM方法分析,并将数值结果与刚塑性有限元法计算结果和实验数据进行比较,结果吻合良好,表明所提方法的可行性和有效性。     

无网格法在金属成形塑性分析中的应用

比较了有限元法与无网格法在金属成形应用中的优缺点,分析描述了无网格法在金属弹塑性变形、金属体积成形、板料成形等金属成形加工方面的应用现状,并阐述了无网格法的不足、亟待继续深入解决的问题以及未来的展望.     

三维体积成形过程的并行无网格法仿真分析

将显示无网格法引入三维体积成形仿真过程,设计了基于再生核质点法(Reproducing kernel particle method, RKPM)无网格法理论的并行算法。在前处理过程中,采用了多层次二分法对几何模型进行分区;在仿真计算过程中,设计基于消息传递机制的粗粒度并行程序,针对接触搜寻算法的特点,提出了接触问题并行化的新策略。并编制了相应的程序,成功地对三维体积成形问题进行了求解,准确地处理了网格严重畸变的问题,并验证了该算法的准确性和有效性。     

金属成形过程的数值流形模拟方法研究

通过引进刚塑性本构关系,建立了金属成形过程的数值流形方法的分析体系,并研究了金属成形过程模拟中的网格重分问题。作为实际应用,对齿轮毛坯模锻成形进行了数值模拟。数值算例结果表明,理论正确、方法有效,数值流形方法是一个非常有效的分析工具,完全可以对成形过程进行模拟。