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.     

无网格法在金属成形模拟分析中的应用

利用无网格再生核质点法对金属塑性变形过程进行模拟仿真分析,讨论了无网格法的研究进展,无网格PKPM技术的基本原理和方法,以及应用无网格法进行金属成形过程仿真分析的关键技术,并通过塑性材料数值分析实例,验证无网格法框架下进行金属成形过程模拟分析的可行性和有效性。     

无网格法的研究进展

对现有的无网格法（Meshless methods）进行了综述。描述了无网格法的近似方案、权函数的选择、变分形式和离散方程以及数值求解的实现。研究了无网格法对不连续问题和边界条件的处理、无网格法与有限元法的耦合。采用Element-free Galerkin（无网格伽辽金,EFG）方法编制了相应程序,并给出了两个计算例子。在现有研究的基础上提出了无网格法未来发展的几个方向。     

无网格法在旋挖钻入岩问题上的应用

分析了旋挖钻入岩问题的本质,介绍了无网格方法;利用无网格法建立了岩石的掘削模型,探索了无网格法在入岩研究上的现存问题,为解决旋挖钻入岩问题提供了新的思路.     

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。     

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。     

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。     

无网格法结构拓扑优化模型的GPU并行加速求解及应用

基于无网格法的连续体结构拓扑优化,具有计算精度高、可消除传统拓扑优化中的数值不稳定性等优势,然而无网格法结构拓扑优化模型的求解存在计算耗时长的问题。为此引入GPU(Graphic processing unit,GPU)并行加速技术,开展无网格法结构拓扑优化模型的GPU并行加速求解及应用研究,以缩短拓扑优化模型的求解耗时。基于交叉节点对思想构建了拓扑迭代中刚度矩阵的GPU并行组装流程,结合CUDA(Compute unified device architecture,CUDA)库函数与预处理共轭梯度法实现了离散方程的GPU并行加速计算,且通过提前计算并存储形函数及其导数值以避免重复计算,建立了无网格法拓扑优化模型的GPU并行加速求解算法。通过二维悬臂梁算例验证了算法的正确性,完成了二维曲形支架、三维支撑平台以及多工况固支梁的拓扑优化设计,并分析了GPU并行算法的加速性能。算例结果表明所提GPU并行加速算法的计算结果正确,且极大地提高了无网格法拓扑优化模型的求解效率。     

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。     

基于无网格法径向滑动轴承的承载能力分析

采用了无网格法来求解滑径向动轴承的无量纲油膜压力分布。此无网格法是基于径向基函数插值的配点法。在构造径向基插值时添入了线性多项式,避免了奇异性和提高了精度。将此方法计算出的结果和经典结果进行了比较,验证了此方法的可行性。并对某一给定参数的滑动轴承的油膜压力和承载能力进行了计算。     

刚塑性无网格方法中体积闭锁问题的缓解算法

将无网格伽辽金方法引入金属塑性成形过程分析,在给出基于刚塑性理论的无网格伽辽金方法及其基本理论方程的基础上,重点研究应用无网格方法分析金属塑性成形问题时所面临体积闭锁问题的缓解算法,采用体积应变率映射方法,对能量速率泛函中的体积应变率进行修正处理,通过将速度场计算的体积应变率映射到低维空间,降低独立约束方程数目,从而建立体积闭锁现象的缓解算法。应用所建立的方法对典型锻造过程进行了无网格分析,结果表明,该算法能够有效解决体积闭锁问题。     

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。     

大变形成形过程刚塑性无网格伽辽金方法

在非稳态大变形塑性成形过程中，由于节点的大范围移动和流动的非均匀性，导致分析精度下降。针对移动最小二乘近似精度的提高，尤其是边界附近节点分析近似精度的提高，提出了相应的处理方案，以保证分析的精度。通过采用影响域节点控制方法以及边界节点分布密度动态控制方法，实现了塑性成形过程的无网格伽辽金方法的自适应分析。对拉普拉斯方程及典型的大变形成形过程进行了分析，通过与拉普拉斯方程解析解和相应的商品化刚塑性有限元软件Deform的分析结果进行对比，验证了处理方案的正确性。     

单元分解方法及其应用

单元分解方法是近年来得到广泛发展和应用的无网格方法的一个重要分支。相对于其它无网格方法,它具有更大的灵活性和高精度。本文对现有的单元分解方法进行了综述。阐述了它与其它无网格方法的关系,讨论了单元分解方法的优点和不足。文中还给出了单元分解方法的一般公式及其推导,介绍了用流形方法实现单元分解方法的数值计算,并给出了单元分解方法的算例。最后,介绍了单元分解方法的最新发展状况,并展望了它的发展方向和前景。     

板材成形的回弹预测和控制的研究

板材成形的回弹影响产品的品质,对回弹进行准确预测和控制是提高成形精度的关键.从回弹预测和控制两个方面介绍了有关的研究现状,阐述了各种预测和控制回弹方法的优缺点,介绍了华南理工大学模具研究室团队近年在板材成形回弹方面的研究情况.     

金属成形有限元模拟网格再划分技术

本文总结了使用有限元技术模拟金属塑性成形时的网格再划分技术。包括网格再划分的判断、状态变量的平滑和变换及各种技术的优缺点。     

Numerical simulation of three-dimensional bulk forming processes by the element-free Galerkin method

A new approach for simulating three-dimensional (3D) bulk metal forming processes is proposed by combining element-free Galerkin method (EFGM) with the flow theory of 3D rigid-plastic/viscoplastic mechanics. Different from the conventional rigid-plastic FEM, the velocity field is constructed by the moving least-squares (MLS) approximation. Special emphasis is placed on the treatments of essential boundary conditions, incompressibility constraint and friction boundaries. The stiffness equation for the analysis of 3D bulk metal forming using EFGM is derived and its key algorithms are given. To test the validity of the proposed meshless approach, a typical 3D upsetting forming process is analyzed and the numerical results are compared with those obtained by commercialized rigid-plastic FEM software Deform^3D. As results show, when handling 3D plastic deformations, the proposed approach eliminates the need of expensive meshing and remeshing procedures unavoidable in conventional FEM, and still provides results that are in good agreement with finite element predictions.     

板材多点成形不同工艺方法的数值模拟研究

介绍了板材多点成形不同工艺方法的优缺点,基于有限元方法就多点成形不同工艺对压痕、超皱、回弹以及制品成形精度的影响进行了数值模拟研究,并且对不同厚度板条多点成形模拟结果进行了实验验证。结果表明,与多点模具成形、半多点模具成形和半多点压机成形方式相比,多点压机成形能够有效地抑制压痕和皱纹的产生,并得到变形均匀的制品;反复成开法可有效减小回弹,提高成形精度;边部优先成形法能够有效地抑制制品的直边效应。     

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。