体积成形无网格伽辽金法数值模拟及试验验证

通过移动最小二乘(MLS)近似函数建立无网格伽辽金法的基本公式。其中,本构关系基于Mises屈服准则和刚塑性流动理论给出,基函数采用线性函数。将无网格伽辽金法(EFG)与刚塑性流动理论相结合,编制了三维无网格伽辽金法数值模拟程序。进行铝合金三维体积成形试验,并用编制的模拟程序和ABAQUS有限元软件进行数值模拟。结果表明,无网格法与有限元法的数值模拟结果中的节点分布和等效塑性应变分布比较接近。通过对比数值模拟与试验结果验证了无网格伽辽金法数值模拟程序的可行性。     

轴承定位套热锻成形问题的无网格SPH法分析

基于配点型无网格理论和紧支试函数加权残量法理论基础,构造了满足一致性条件的核近似函数,在域内及域边界上节点满足平衡方程及力和位移边界条件的基础上,寻找稳定方案,并建立了三维弹塑性SPH模型。将所建模型运用到某重装企业的轴承定位套锻件生产研究中,对热锻过程中的材料特性参数、锻件尺寸参数等进行了全面的SPH法和FEM法模拟,通过与实验数据的对比分析,验证了SPH模型的正确性和SPH法在分析金属塑性成形过程的优越性,对实际生产具有一定的参考价值。     

刚塑性无网格伽辽金方法近似方案研究

研究了最小二乘近似、再生核质点近似、径向基函数近似以及一致径向基函数近似等方案的近似特点,并将其应用于金属塑性成形过程刚塑性无网格伽辽金分析中。采用变换法修正速度场近似,采用反正切摩擦模型施加摩擦边界条件,结合金属刚塑性流动理论,建立了刚塑性无网格伽辽金方法,并分析了各近似方案在金属塑性成形过程分析中的应用特点和前景。通过典型函数近似和塑性成形过程的模拟近似,获得了关于各近似方案近似能力和在成形过程分析中应用的一些结论。     

改进的无网格伽辽金方法及其在三维金属体积成形中的应用研究

针对传统无网格伽辽金方法(EFGM)在构造形函数时,矩阵A容易出现不可逆的弊端,采用带权正交基函数构造形函数,在积分方案上采用单位分解积分方法,从而实现了真正的"无网格"。将改进的EFGM与刚(粘)塑性流动理论相结合,建立了改进的刚(粘)塑性无网格伽辽金方法,自主开发了金属体积成形过程无网格伽辽金方法分析程序。通过对三维金属体积成形工艺算例的数值模拟分析,及与有限元软件分析结果的比较,验证了所建立方法的正确性。     

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。     

稳态挤压过程刚塑性无网格伽辽金方法分析

采用刚塑性材料假设,建立了刚塑性无网格伽辽金方法。利用变换法施加本质边界条件;采用反正切摩擦模型描述摩擦力边界,在局部坐标系下施加摩擦力边界条件;采用Newton-Raphson迭代方法求解刚度方程。对于挤压过程而言,当高径比较大时,可被近似为稳态流动。由于口模内速度变化梯度较大,采用最小二乘近似节点控制方法来控制近似效果。根据建立的刚塑性无网格伽辽金方法对正向、反向和复合挤压过程等进行了稳态分析,并与刚塑性有限元软件Deform模拟结果进行了相应的比较,验证了无网格伽辽金方法分析结果的正确性。     

刚塑性无网格伽辽金方法及其在金属塑性成形数值模拟中的应用

分析了无网格方法的优点以及其在金属塑性成形过程数值模拟中的应用,结合刚塑性材料条件的假设,介绍了基于刚塑性理论的无网格伽辽金方法,运用不完全广义变分原理,采用罚函数方法引入体积不变条件,给出了其刚度矩阵方程和求解列式.平面应变锻造过程的数值算例表明无网格Galerkin方法是处理大变形畸变问题的一种有效方法.     

基于配点型无网格法的金属挤压过程数值模拟

阐述了配点型无网格法的基本原理,及其用于求解偏微分方程的步骤和方法,对Al在挤压成形过程中的塑性变形情况进行了三维无网格法模拟。该方法避免了有限元法因网格畸变需要重新划分网格的问题,同时解决了伽辽金型无网格法计算效率低的问题。计算实例表明,配点型无网格法可以利用初始节点完成全部计算,得到与有限元法相吻合的结果,是模拟金属塑性变形过程的一种有效的新方法。     

三维稳态板轧制过程快速无网格伽辽金法模拟

针对采用无网格伽辽金法(EFGM)求解板带轧制过程塑性变形时计算效率低的问题,在保留EFGM的基本求解思想与框架基础上,利用边界条件和已知条件等限制某些离散节点的自由度从而减少未知数个数,提出了快速无网格伽辽金求解方法 (REFGM)。采用该方法模拟了三维稳态板轧制过程,并通过改变节点分布和节点数目对轧制过程分别进行计算。发现求解结果相近,证明了REFGM具有良好的收敛性;此外,发现仿真计算结果与实验值之间的最大误差在8%以内,证明了仿真模型的准确性;对比REFGM与EFGM求解的轧制压力、带钢宽向位移以及前滑系数的计算结果,两者计算结果接近,但REFGM相比于EFGM大大提高了计算效率。采用REFGM仿真分析了三维稳态板轧制过程轧制区内速度场分布以及轧制压力分布,定量获得轧制过程中轧制区内金属的塑性流动规律。     

无单元伽辽金法在辊弯成型局部凸起问题的应用

在研究了辊弯成型这一复杂变形过程的基础上,提出了无单元伽辽金法,利用移动最小二乘法,建立了数学模型,找出了在辊弯成型过程中产生局部凸起的原因及影响因素。实验证明,文章的理论分析结果正确,在实际生产中取得了一定的效果。     

连铸圆坯非均匀传热/凝固行为的无网格计算方法

基于移动最小二乘近似和变分原理,推导并建立了基于无网格Galerkin (EFG)法的连铸圆坯二维横截面传热/凝固计算模型。以实测结晶器热流为边界条件,模拟分析了圆坯的非均匀凝固行为,重点讨论了节点布置和支持域尺寸等影响无网格模型适用性和计算精度的关键问题。结果表明,建立的EFG模型在节点布置上十分灵活,提出的直角坐标系下的"同心圆"式节点布置方案,可以很好地处理圆坯曲线边界及坯壳凝固界面推进的问题。在支持域尺寸为平均节点间距的1.7倍时,均匀和随机2种节点布置方式下,模型都达到了较高的计算精度。研究结果证实了EFG模型应用于铸坯非均匀传热、凝固计算的可行性和正确性,在凝固界面追踪中体现出显著优势,为后续铸坯传热-力学行为耦合和裂纹预测的研究提供了基础。     

LS-DYNA无网格伽辽金方法在轧制过程三维仿真分析中的应用

文章介绍了无网格方法的进展情况,详细论述了LS-DYNA中的EFG方法;成功地将三维EFG方法应用于轧制过程的仿真分析;完成了三维简单轧制及H型钢万能轧制过程的EFG仿真分析,并与传统的FEM方法进行了对比。证明了EFG方法在三维轧制仿真中的可行性,阐述了EFG方法在大变形仿真分析中的优势。     

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。     

等径角挤压工艺的无网格数值模拟研究

等径角挤压(Equal Channel Angular Pressing,ECAP)工艺,是一种通过材料的剧烈塑性变形,获得大块超细晶材料的有效方法。采用无网格伽辽金法对等径角挤压工艺进行了数值模拟研究,分析了挤压过程中材料的流动规律,研究了模具圆心角、挤压件与模具间的摩擦状况对ECAP挤压效果的影响。随着模具圆心角的减小,挤压件的等效应变增大并且变得更加均匀,但是模具圆心角越小,挤压载荷越大,严重影响模具的使用寿命;摩擦状况对挤压件的等效应变的影响较小,对挤压载荷影响显著。无网格模拟分析结果与实验结果吻合良好。     

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。     

摩擦条件对圆环镦粗变形规律影响的无网格伽辽金数值模拟研究

结合刚(粘)塑性流动理论,建立了刚(粘)塑性无网格伽辽金方法,开发了金属塑性成形过程无网格方法分析程序,对外径、内径和高度比值为4:2:1的典型圆环件镦粗过程进行了数值模拟研究.分析了外部摩擦条件对圆环镦粗工艺的影响,阐述了在不同摩擦因子下金属的流动规律;解释了鼓形产生的原因;比较了摩擦因子对圆环工件截面径向速度大小及方向的影响;说明了分流面产生的原因及形状;研究了摩擦条件对圆环工件尺寸及形状的影响;并分析了摩擦因子对圆环工件内部等效应变的影响,从而对不同摩擦因子下等效应变场分布均匀性情况及分布规律获得了新的认识.     

大地电磁二维正演中的有限元-径向基点插值法

径向基点插值法(RPIM)作为一种插值型无网格方法,为改善无网格点插值法(PIM)在形函数构造过程中可能出现的矩阵奇异性问题而提出的一种方法,该算法支持域无量纲尺寸的选择区间大,能更好地处理各类工程与科学计算问题。介绍了RPIM的近似原理,给出了径向基函数形状参数的推荐值;从大地电磁二维变分问题出发利用Galerkin法结合高斯积分公式推导出相应的系统矩阵离散表达式;为提高RPIM的计算效率,将RPIM与有限元法(FEM)耦合,提出了有限元-径向基点插值法(FE-RPIM),多个模型的数值计算验证了RPIM精度高、处理复杂模型便利及耦合法计算复杂模型高效的特点。     

螺旋压力机力能关系分析中的近似函数型载荷

简述了研究螺旋压力机锻击过程的分析法，阐述了近似函数型工艺载荷各参数的物理意义、确定方法及其应用。     

基于响应面法的大型铝合金锻件的多目标成形优化

以大型铝合金锻件为研究对象,以锻件的应变均匀性及锻造变形力作为评价指标,提出了采用正交实验并进行响应面法建模分析,得到了二阶响应面模型。通过数值模拟验证模型准确性,可用于后续优化。求得目标函数设计空间中的最佳工艺参数组合为:飞边槽高度3.56 mm、锻造温度451℃、摩擦系数0.35和成形速率7.25 mm·s-1。采用Deform对优化后的工艺参数进行验证,优化后锻件的成形均匀性较好,并可以降低锻件成形载荷。根据优化结果,对铝合金锻件进行生产试制,结果表明,通过多目标优化后得到的锻件尺寸及性能均满足要求,设备成形载荷能较好地满足要求。     

螺旋压力机力能关系分析中的近似函数型载荷

简述了研究螺旋压力机锻击过程的分析法，阐述了近似函数型工艺载荷各参数的物理意义，确定方法及其应用。