有限元方法在金属塑性成形中的应用

有限元法是应用于金属塑性成形数值模拟中的一种有效的数值计算方法.详细介绍了弹塑性、刚塑性、粘塑性3种有限元法.刚塑性有限元法适用于大塑性变形,包括板带、型钢轧制和环件轧制的模拟分析等.弹塑性有限元法在金属塑性成形数值模拟中应用最广.与刚塑性方法相比,弹塑性有限元法还能有效处理卸载问题,计算残余应力和应变.而粘塑性有限元法适用于金属热变形或强化不显著的软金属变形.同时,结合国内外最新的具体实例说明了这些方法在金属塑性成形领域中的具体应用,展望了有限元方法在金属塑性成形中的发展.     

轴对称件扭压成形的粘塑性有限元分析

运用体积微可压缩法的三维刚粘塑性有限元方法.对轴对称体的扭压成形变形规律进行了模拟分析.结果表明:与一般镦粗成形相比,扭压成形具有可促使变形均匀、增加变形量等优点.     

直齿圆柱齿轮精锻过程的三维刚塑性有限元模拟

对空心直齿圆柱齿轮的精锻成形过程进行三维刚塑性有限元模拟.通过有限元模拟分析,深入揭示直齿圆柱齿轮精锻过程的金属流动规律和变形力学特征,对直齿圆柱齿轮精锻工艺和模具设计具有重要的指导意义.     

热冲盂成形过程的刚粘塑性有限元模拟

采用刚粘塑性有限元法对热冲盂成形过程进行了数值模拟.讨论了刚粘塑性有限元法,并分析了热冲盂成形工艺的模拟结果.     

超塑性充模胀形的有限元模拟

以跟踪最大应变速率单元并使之维持最佳应变速率的方法确定超塑性充模胀形的最佳加压规范；用大变形刚粘塑性有限元法模拟了恒压和最佳加压规范下的超塑性充模胀形过程，并对比二者的结果，同时分析了ｍ值对胀形的影响。     

热带粗轧机组立过程的三维有限元模拟

本文采用全三维刚塑性有限元法对室温下的铝和不同温度下的２Ｓ－Ａｌ平辊侧压稳定变形过程进行了解析，计算结果和实测值吻合较好，较明显地提高了计算精度，并提出了用超薄单元近似处理奇异点的办法，使计算编程简化，能迅速地得到了较好的解。     

盒形件拉延成形的刚塑性有限元数值模拟

本文采用刚塑性有限元理论，开发了一个二维数值模拟程序系统，对盒形件拉延成形中的法兰变形区进行了较全面的数值模拟，研究了冲压成过程中法兰变形区的金属流动规律。     

刚粘塑性有限元数值模拟中粘性系数的获取方法

以塑性元件和粘性元件并联的模型为基础,研究材料粘性系数的获取方法,给出了一些材料的粘性系数和影响因素之间的关系曲线,为模拟研究中粘性系数的获取提供一种方便有效的方法.     

无缝钢管局部径向模具塑性成形过程的三维有限元数值模拟

采用大变形弹塑性有限元理论,用DYNA3D(研究版)有限元软件,对无缝钢管局部径向模具塑性成形过程中当凸模的凹槽尺寸与凸模的圆弧半径发生变化时进行了数值模拟研究,得出了对成形钢管表面质量控制具有重要参考价值的结论,解决了成形钢管表面的压痕问题.     

金属板材单点渐进塑性成形过程的计算机模拟

研究了金属板材单点渐进塑性成形的成形机理,通过建立渐进成形的变形模型,详细分析了变形过程中受力的情况及成形过程,利用ANSYS软件对成形过程进行了计算机模拟.     

Rigid‐plastic/rigid‐viscoplastic FE simulation using linear programming for metal forming

For rigid‐plastic/rigid‐viscoplastic (RP/RVP) FE simulation in metal forming processes, the linear programming (LP) approach has many remarkable advantages, compared with a normal iterative solver. This approach is free from convergence problems and is convenient for dealing with contact surfaces, rigid zones, and friction forces. In this paper, a numerical model for axisymmetrical and plane‐strain analysis using RP/RVP and LP is proposed and applied to industrial metal forming. Numerical examples are provided to validate the accuracy and efficiency of the proposed method. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

六面体网格体积成形有限元分析关键技术

为提高三维体积成形有限元分析软件的计算精度、减少网格数量,基于六面体网格特性研究了六面体网格体积成形有限元分析系统的关键技术,通过对STL文件的索引重构建立了模具实体模型顶点和三角形面片拓扑连接关系,提出了一种局部坐标系建立方法保证触模和对称约束条件的正确施加,给出了相对速度和相对位置两种节点触模判断方法,并提出了调整触模节点位置的最短距离法,与初矢修正法和原长修正法比较,其调整距离短,体积损失小.基于以上技术,开发了基于三维六面体网格的体积成形有限元分析系统,对典型体积成形工艺进行了有限元模拟,并与Deform模拟结果进行对比,二者吻合较好,验证了所建立模型与相应处理技术的可行性.     

A methodology for evaluation of metal forming system design and performance via CAE simulation

In the current metal forming product development paradigm, product cost, time-to-market and product quality are three overriding issues, which determine the competitiveness of the developed products. In the up front design process, the first 20% of design activities commits to about 80% of product development cost and product quality issues. How to conduct ‘right the first time’ design is critical to ensure low development cost, high product quality and short time-to-market. To address these issues, state of the art technologies are needed. Traditionally, computer-aided design (CAD) and computer-aided manufacturing (CAM) technologies provide solutions for representation of design intent and realization of design solution physically. However, it is difficult to address some critical issues in the design of forming process, tooling structure, material selection and properties configuration, and finally the product quality control and assurance. Computer-aided engineering (CAE) technology fills this gap as it helps practitioners generate, verify, validate and optimize design solutions before they are practically implemented and physically realized. In this paper, a methodology for evaluation of metal forming system design and performance via CAE simulation is developed. The concept of metal forming system and its design is first articulated and how the CAE technology helps design and design solution evaluation is then presented. To assess and evaluate the performance of metal forming systems, quantitative design evaluation criteria are developed. Through industrial case study, how the developed methodology helps metal forming system design and evaluation is illustrated and its efficiency and validity is finally verified.     

薄板类件多点成形过程的数值模拟

以希尔关于弹塑性材料唯一性的充分性条件为理论基础,采用虚功率增率型原理,建立了多点成形的有限元模型,探讨了板材厚度、材质及弹性介质等因素对成形结果的影响,通过数值模拟找出参数合适的弹性介质,并对薄板类件的多点成形过程进行了实验验证.研究表明,通过使用参数合适的弹性介质,可以有效抑制压痕现象的产生,并能保证工件的成形精度;实验验证表明对马鞍形件多点成形过程中压痕现象的模拟是合理的.     

正交异性板料拉深件快速展开与成形模拟

针对板件初始毛坯形状计算以及正交异性板的快速有限元分析问题,依据拉深件的UG模型,导出了零件的三角网格数据,并采用几何映射方法得到了用于快速有限元分析的拉深件初始展开毛坯.在此基础上,基于理想变形假设以及Hill’48正交异性屈服准则,给出了用于拉深件成形过程快速分析的一步法数学公式和有限元表达,并在Unigraphics系统中进行了有限元分析的后置处理.此外,对TC1钛板筒型拉深件毛坯初始形状进行了优化,并对成形中拉深件厚向应变分布进行了分析,得到了满意结果.     

棒材四道次连轧过程中轧件变形的三维有限元模拟

采用全三维大变形热力耦合弹塑性有限元法对实际的四机架合金钢棒材连轧过程中轧件的变形进行了模拟 ,模拟结果与实际情况基本吻合 .     

多点成形中压痕的数值模拟及极限成形力的分析

压痕是多点成形中特有的成形缺陷之一,对压痕形成过程进行模拟时,采用实体单元比壳单元计算更准确.但是板料较薄时,采用实体单元划分的有限元很多,计算时间极长.为获得最佳的计算效率及模拟结果,对不同材料和不同厚度的球面和马鞍面样件进行了对比的数值模拟.结果表明,当板厚与板宽的比值小于0.015时,采用壳单元模拟压痕也能得到比较准确的结果,而当比值大于0.015时,则应采用实体单元.在此基础上,对不同板厚、不同曲率半径下的马鞍面和球面件出现压痕时的极限成形力进行分析,得到了厚向压应变为1%和5%的压痕对应的成形力极限图.     

板材软模成形数值模拟研究现状

分析了板材软模成形数值模拟的特点,对目前主要采用的软模成形数值模拟方法进行了阐述和评价,并对三类典型软模成形(液压成形,橡皮成形及粘性介质压力成形)过程数值模拟应用进行了综述,最后对板材软模成形数值模拟发展趋势进行了展望.     

板料渐进成形数值模拟与实验研究

为提高渐进成形的成形效率和成形质量,了解板料渐进成形的变形规律及工艺参数对成形的影响,采用有限元方法对板料渐进成形过程进行了数值模拟研究,分析了斜壁盒形件渐进成形过程应力分布和厚度变化趋势,通过对不同进给量和不同成形路径进行数值模拟,分析了工艺参数对成形的影响.结果表明,斜壁盒形件最大应力和最大厚度减薄发生在底面拐角处;成形过程中工具头运动轨迹应尽量采用走螺旋线的方式,可以提高成形件的成形能力和成形质量.渐进成形实验表明,数值模拟结果与实验结果基本吻合.