挤压过程自适应耦合无网格-有限元法数值模拟

提出面向金属体积成形过程的自适应耦合无网格-有限元法,阐述了实现自适应耦合的具体算法,及有限元区域与无网格区域的双向动态转换。在数值计算过程中,对发生畸变的有限元区域,将其转换为无网格区域;对已经脱离主变形区的无网格区域,将其转换为有限元区域。该方法保证了只在需要的地方实施无网格法,既能避免有限元法带来的网格重划分,又能有效克服纯无网格法计算效率低下的缺陷,充分发挥耦合方法的优势。采用自适应耦合方法对轴对称复合挤压过程进行数值模拟,与有限元法计算结果对比,验证了该方法的正确性和有效性。     

无网格法在板料冲压成形数值模拟中的应用

基于移动最小二乘法近似函数和以有限元网格作为积分背景网格的无网格法理论，对板料冲压成形过程进行了数值模拟，利用罚函数法引入本质边界条件处理成形过程中的接触摩擦问题，并将模拟结果与有限元法计算结果进行对比，结果表明：无网格伽辽金法的计算结果与有限元法计算结果基本吻合，无网格伽辽金法作为新兴的数值计算方法，具有前后处理简单，精度高等特点，为板料冲压成形的数值模拟提供了一种有效的新方法。     

基于SPH新方法铸造充型过程三维数值模拟

引入一种新的无网格光滑粒子流体动力学SPH方法模拟铸造充型过程,SPH方法能够避免网格法在求解过程中的网格扭曲和缠绕,并且改善网格法求解精度。基于SPH法的优势,建立了基本数学模型,编写了三维计算程序,并引用虚粒子边界解决三维情况下边界不易施加的问题。通过对底注式平板件铸造充型过程进行数值模拟,并将模拟结果与实验结果和基于网格法的ProCast模拟结果进行对比,验证了SPH方法在计算铸造充型过程中的可行性和有效性。     

基于无网格法的镁合金等温锻造成形模拟分析

对于金属大变形问题，传统的有限元法分析效果不佳，分析过程中易产生网格畸变，故基于无网格法对镁合金的等温锻造成形进行了模拟分析。利用LS-DYNA软件的无网格法分析功能，模拟分析了镁合金锻件的等温锻造成形过程，对比了镁合金在350、400和450℃这3种温度下的等温锻造成形结果，通过分析成形的等效应力云图，得出了镁合金更优的等温锻造温度，为450℃。结果表明：使用无网格法来分析金属成形中的大变形问题，可以较好地解决有限元法分析过程中产生的网格畸变问题。     

任意模具形状的金属三维体积成形过程刚塑性无网格RKPM分析方法

将无网格方法引入三维金属体积成形分析,在给出基于刚塑性流动理论的三维无网格再生核质点方法及其基本理论方程的基础上,为了提高分析系统的通用化和自动化,采用网格法来描述任意形状的三维模具型腔曲面,给出了三维无网格法数值模拟系统中动态接触边界自动处理的非线性接触算法,实现了任意模具形状的三维体积成形过程的无网格法数值模拟。对上模为半球形的三维立方体塑性变形过程进行了数值模拟,并与三维刚塑性有限元体积成形商品软件Deform3D的计算结果作了比较,验证了本文方法的正确性。     

无网格自然单元法的研究进展

无网格自然单元法是一种基于计算几何中的Voronoi图结构,以自然邻近点插值求解偏微分方程的数值方法。无网格自然单元法的形函数满足Delta函数性质,因此该方法可以直接准确地施加本质边界条件,克服了传统无网格法在施加本质边界条件上的困难。从插值函数的构造与性质来看,该方法不仅具有无网格法的特点并且具有有限元法的某些优良性质,是一种很有发展前景的数值方法。本文阐述了自然单元法的理论研究成果,包括基于Voronoi图和Delaunay三角化结构的自然邻近点插值构造形函数方法,自然单元法的数值积分方案,以及自然单元法求解弹性问题的基本过程和离散格式;并介绍了国内外学者对无网格自然单元法的应用研究进展,总结了自然单元法相比传统无网格法和有限元法所具有的优势,提出自然单元法发展中需要进一步解决的关键问题。     

基于无网格法的板料成形数值模拟的研究探索

叙述了有限元法在模拟板料成形过程中所采用的算法和存在的问题,介绍了无网格法的基本原理、研究现状和应用领域,论述了将无网格法应用于板料成形过程模拟的可行性。     

无网格法分析板料成形过程的关键技术及难点

结合国内外无网格法的最新研究动态和板料成形过程的特点，从模型的建立、近似函数和离散原理、材料本构关系、接触摩擦问题、边界条件的处理五个方面叙述了用无网格法来分析板料成形过程的关键技术和难点。与有限元法比较，无网格法具有近似函数没有网格依赖性，自适应性强，前后处理简单等优点，同时无网格法的研究才刚刚起步，在严格的数学论证，计算效率，边界条件的处理和大量的应用实例等方面还不成熟。因此，将无网格法应用于金属板料成形过程的研究具有广阔的发展前景。     

基于物质点法冷挤压成形过程的数值模拟

针对传统有限元法进行冷挤压成形模拟时出现的网格畸变问题,开展基于物质点法冷挤压成形过程的数值模拟研究。通过建立冷挤压成形过程物质点法仿真模型和编制程序,分别对锥模和平模两种情况下的冷挤压成形过程进行模拟研究,得到其变形规律,并与实验和有限元方法计算结果进行比较。通过锥模冷挤压成形过程的数值模拟,得到不同挤压量下挤压件形状和挤压件高度值,与实验结果吻合较好,最大误差为0.52%。通过平模冷挤压成形过程的数值模拟,得到不同挤压量下挤压件的变形规律,当压下量较大时,物质点法能较好地实现冷挤压成形过程的数值模拟,而有限元法出现了网格畸变。研究结果表明,物质点法模拟冷挤压成形过程是可行的,能够有效地消除网格畸变。     

无网格法及其在金属成形中的应用综述

对无网格方法的定义、分类以及无网格方法在金属成形中的应用进行了综述。无网格方法主要根据函数近似方案和离散方程进行分类。函数近似方案是无网格方法的基础,函数近似方案的近似特征、近似精度和近似效率对无网格方法的分析计算能力具有重要影响。无网格法虽然不如有限元方法成熟,但是其具有很多有限元方法不具备的优点,如：近似函数没有网格依赖性、基函数可以包含反映问题特性的函数系列、采用紧支函数的无网格法具有带状稀疏系数矩阵等。由于无网格法对非线性问题的强大求解能力,使其在金属成形领域具有广阔的应用前景。     

MESHFREE METHOD BASED ON POINT COLLOCATION FOR METAL FORMING SIMULATION

A meshfree method based on reproducing kernel approximation and point collocation is presented for analysis of metal ring compression. The point collocation method is a true meshfree method without the employment of a background mesh. It is shown that, in a point collocation approach, the remesh problem because of the mesh distortion in FEM （finite element method） and the low efficiency in Galerkin-based meshfree method are avoided. The corrected kernel functions are introduced to the stabilization of free-surface boundary conditions. The solution of symmetric ring compression problem is compared with a conventional finite element solution, and reasonable results have been obtained.     

An efficient method for solving the Signorini problem in the simulation of free-form surfaces produced by belt grinding

Industrial robots are recently introduced to the belt grinding of free-form surfaces to obtain high productive efficiency and constant surface quality. The simulation of belt grinding process can facilitate planning grinding paths and writing robotic programs before manufacturing. In simulation, it is crucial to get the force distribution in the contact area between the workpiece and the elastic contact wheel because the uneven distributed local forces are the main reason to the unequal local removals on the grated surface. The traditional way is to simplify this contact problem as a Signorini contact problem and use the finite element method (FEM) to calculate the force distribution. However, the FEM model is too computationally expensive to meet the real-time requirement. A new model based on support vector regression (SVR) technique is developed in this paper to calculate the force distribution instead of the FEM model. The new model approximates the FEM model with an error smaller than 5%, but executes much faster (1 s vs 15 min by FEM). With this new model, the real-time simulation and even the on-line robot control of grinding processes can be further conducted.     

有限元方法用于涡流电磁场计算的有效性分析

利用有限元方法，对涡流检测中的电磁场问题进行数值计算，有助于涡流检测线圈的优化设计、检测缺陷的识别与定量，从而提高涡流检测的效果与精度。为验证有限元数值计算结果的有效性，对TEAM（Testing Electromagnetic Analysis Methods）组织提出的Workshop问题（Problem 15）进行了求解与分析。利用解析方法计算了空芯线圈的阻抗，然后通过二维有限元模型进行了阻抗求解，对比结果有较好的一致性。针对厚板上裂纹的涡流检测，建立了三维有限元计算模型，对影响计算结果的因素进行了分析，得到了比较好的数值模拟结果。     

薄板冲压大变形起皱的局部无网格法数值模拟

以有限元理论及方法为基础的CAE技术在冲压工艺分析中发挥了巨大作用,解决了许多以前靠解析方法和实验无法深入研究的问题。但是由于单元网格带来的一些缺陷,在模拟形状、边界条件复杂的板料冲压过程时遇到了困难。文章针对有限元方法在板料冲压大变形起皱情况下数值模拟的不足,研究局部无网格法计算,即在发生起皱大变形区域采用无网格伽辽金方法,其他区域仍用有限元方法,有效地平衡了计算精度与计算效率的矛盾。通过算例分析效果很好,对于提高冲压CAE软件的实际应用能力有重要意义。     

基于有限元和最优化方法的淬火冷却过程反传热分析

淬火过程换热系数的求解是反向热传导问题中的一种不适定和非线性问题．本文提出了一种求解淬火过程随温度变化的换热系数的新方法,该方法把有限元方法引入反向热传导问题,根据实验测量的温度曲线,结合使用最优化方法中的进退法和试探法确定合理的边界换热系数．为了使进退法适用于该类反传热问题,对其算法进行了改进,并用其确定换热系数优化的搜索区间,然后用试探法(黄金分割法)在搜索区间内找到换热系数的最佳值．在计算过程中,利用有限元法可以方便地计算出各个单元在整个过程的相变情况,得到各单元在相应时间段所产生相变潜热,并将各单元的相变潜热与单元温度场进行耦合计算．     

塑性有限元在金属轧制过程中应用的进展

介绍了塑性有限元在金属轧制领域中应用的发展历程和新进展,包括:刚塑性有限元理论及应用研究;弹塑性有限元在轧制过程分析中的进展;用于轧制过程建模的快速有限元;元胞自动机与有限元结合进行轧制过程多尺度综合模拟;利用晶体塑性有限元研究轧制过程中取向织构;轧制过程中裂纹和夹杂物演变的有限元模拟.最后对今后的发展趋势做了展望.     

基于全量理论的体积成形快速模拟算法研究

基于全量理论,提出一种新的体积成形快速有限元模拟方法。该方法采用刚塑性本构模型,以罚函数处理体积不可压缩条件,考虑几何非线性问题,以简化的等效形式处理外力边界条件。基于约束变分原理,推导出全量有限元计算方程。运用该方法对镦粗成形过程进行了一步正向模拟,得到了坯料内部的应变场和应力场,并且与增量有限元方法计算结果进行了比较。结果表明,该方法计算结果可靠,计算效率显著提高。