基于映射法的三维有限元网格自动划分

网格自动划分技术是金属成形过程有限元分析的关键环节之一。本文对基于映射法的三维有限元网格自动划分过程进行了深入研究,详尽分析了相应的处理技术和算法,开发了适用于复杂形体的三维有限元网格划分的通用软件,并给出该软件的若干应用实例。     

体积成形有限元模拟软件CASFORM的开发研究

简要介绍了作者自主开发的体积成形有限元模拟软件CASFORM及其关键技术，并给出了大量的实例分析。CASFORM主要由前处理模块，有限元分析模块，后处理模块，有限元网格生成模块和网格再划分及数据传递模块以及材料数据库和模拟数据库等构成，该软件能够分析各种体积成形工艺，包括锻造、挤压、拉拔等。能够预测缺陷的生成，验证和优化工艺/模具设计方案，该软件既能模拟等温成形过程，也可以模拟非等温成形过程，即可进行单工位成形分析，也可进行多工位成形分析。该软件界面友好，使用方便，可靠性和自动化程度高，是模具和工艺设计方案验证和优化的有力工具。     

电镦成形过程电热力耦合有限元模拟若干关键技术的处理

电镦成形过程中坯料局部连续地被直接通电加热后变形 ,且变形量非常大。在运用有限元法对成形过程进行电热力耦合数值模拟分析时 ,如何处理电阻热、变形体积的连续增加以及大变形造成网格的畸变等问题 ,是能否获得正确分析结果的关键。作者通过分析坯料变形区域电场的分布 ,采用复合变体积和动态网格划分等方法 ,成功地解决了这些关键技术 ,并将其运用于有限元程序设计中 ,从而获得了满意的分析结果。     

板料冲压成形过程有限元分析中的接触搜索算法

针对一般冲压成形钣金件 ,在有限元分析中将板料与成形模具统一采用网格表示。在此基础上提出了接触特征空间的概念。并建立了接触特征空间和模具曲面网格的对应关系。根据板料在冲压成形过程中的特征 ,建立了在此模型基础上的接触搜索算法和动态边界条件的施加。从而解决了三维板料冲压成形过程有限元分析中的边界条件非线性问题。     

ALE有限元方法在金属塑性加工中的应用

ALE (ArbitraryLagrangian Eulerian)有限元方法中 ,网格划分是在参考构形中进行的 ,网格独立于物体和空间运动 ,可以根据需要自由选取。因此 ,ALE有限元避免了La grangian有限元中的网格畸变 ,又克服了Eulerian有限元中难以描述自由边界的不足。对ALE有限元用于分析塑性加工过程进行了探讨 ,并利用Galerkin方法 ,推导了离散形式的求解方程。最后的数值算例验证了该算法的有效性。     

塑性成形中的六面体网格划分与重划分技术

基于材料成形中三维单元数值模拟分析的重要性,对四面体网格划分存在的弊端,提出了有效的六面体网格划分与重划分方法,以及划分与重划分的判据。最后以有限元模拟软件MSC．SuperForm为平台,应用六面体离散法对铝材挤压变形进行模拟分析,结果表明了这一技术的可行性和可靠性。     

无网格法在金属塑性成形中的研究与应用进展

介绍了无网格方法的基本原理;论述了无网格法在金属塑性成形领域里国内外的研究与应用现状;总结了相关关键处理技术,包括权函数的选取、本质边界的施加、离散积分方案、动态接触边界的自动处理以及金属塑性力学摩擦模型的选取等;最后对无网格法在金属塑性成形领域未来的研究方向进行了展望,并指出无网格法在金属塑性成形领域将有着更为广阔的发展与应用前景。     

复杂体积成形三维有限元仿真的关键技术

本文讨论了复杂三维体积成形三维有限元仿真目前存在的难点，并提出了相应的解决方法，利用自行开发的三维有限元仿真系统，对实际生产中的复杂的多工位体积成形过程进行了三维有限元仿真，从仿真结果可以看出。本文所述的解决方法是成功的。     

连接管件内径滚压成形有限元模型的建立及分析

本文主要对V型连接管件内径滚压成形三维有限元模拟中的关键问题进行了研究。对实际加工中的模具进行了必要的简化, 建立起符合实际加工过程的有限元仿真模型, 对坯料网格进行合理的划分, 给出模具与坯料间接触区约束及速度边界条件的处理方法。结果表明, 有限元仿真能比较真实地反映实际加工情况; 变形区的速度场反映了金属产生塑性变形填入套管齿槽的成形行为; 得到了齿槽宽度对连接件的成形性及成形载荷的影响。该模拟计算对于探索复杂的内径滚压成形规律具有重要意义。     

拉形工艺数值模拟软件的前后置处理系统

本文介绍了飞机蒙皮拉形过程有限元分析软件的前后置处理系统ＰＯＰＰＳ。该系统通过建立与ＣＡＤ曲面造型系统接口的方式生成有限元网格,获得了良好的网格质量。采用三维图形库ＯｐｅｎＧＬ实现了具有良好交互性能的图形操作,能对模拟数据场进行云图和等值线显示,对蒙皮的成形过程做连续动画模拟显示,并能进行光照渲染处理、任意连续的旋转、平移、缩放和截取以及对图形上的有关节点、单元、等值云区和等值线进行访问     

722联接环成形分析及有限元模拟

722联结环是用于煤矿井下的关键部件，要求有很高的抗拉性能和抗疲劳性能。采用原有成形工艺经常产生折迭、充不满等诸多问题。为了解决这一问题本文采用DELFORM 3D塑性有限元模拟分析系统，建立了722联接环热成形工艺的刚塑性有限元模型，用三维有限元法对722联接环成形工艺进行了模拟分析，预测成形缺陷的产生，针对原有工艺出现的问题进行了改进及优化。模拟发现，采用原工艺的平底仓部，不利于金属向四周排除，且金属流动激烈，易产生缺肉和折迭，致使锻件报废。基于模拟分析结果，在终锻模膛中采用带仓连皮，从而有效地避免了折迭的产生，减小了坯料的尺寸，使材料利用率大大提高，而且由于连皮周边较薄，易于冲除，提高了切边模模的寿命。     

金属塑性成形有限元仿真中的网格质量优化

网格质量在很大程度上影响着金属塑性成形有限元数值分析的准确性和分析过程的可持续性。基于新的网格单元畸变度量体系 ,文中设计了一种新的关于节点位移的无约束最优化的目标函数 ,该函数有效客观地反映了有限元计算网格的畸变程度 ,且通过求偏导数 (等于 0 ) ,可以得到问题求解的显式表达式。因此 ,算法具有设计合理、实现简便、保持拓扑性等特点。此外 ,该算法可用于包括二维和三维情形的几乎所有形状的网格 ,具有非常强的通用性     

筒形件正旋隆起及旋压力三维有限元模拟分析

应用有限元软件MSC．Marc，对TC4筒形件热旋正旋成形过程进行三维弹塑性有限元模拟研究，建立起正旋成形的三维有限元计算模型，分析了旋压加工中隆起现象，计算了旋压力，得到了工艺参数对隆起及旋压力的影响关系。该模拟计算对于探索复杂的旋压成形规律具有重要意义。     

大变形有限元中二维网格自动重分技术

提出了一种自动的二维四边形网格重分技术 ,其中包括网格重分的判定、新网格的生成和变形场量的传递。该技术可与刚塑性有限元程序和图形处理器集成为一个完整的系统 ,应用于复杂塑性成形工艺的模拟。利用系统对火车车轮成形中的镦粗和预成形进行了模拟 ,结果表明 ,该网格重分技术不仅可以使模拟实现自动化 ,而且具有较高的精度     

基于UG的汽车覆盖件冲压CAPP/CAE集成系统的研究

对UG环境下汽车覆盖件冲压CAPP/CAE集成系统进行了研究,重点探讨了有限元网格的生成、数据模型转换以及后置处理相关技术.通过自行编制的模型转换程序,实现了有限元模型在CAD系统和CAE系统间的方便快捷的相互转换.应用实例表明,该系统可以进行快速的优化设计和成形性模拟,解决汽车覆盖件自适应工艺设计的优化问题,提高工艺设计的效率和质量.     

基于全量理论的金属体积成形多步数值模拟

运用一种基于全量理论的多步有限元方法计算分析了金属体积成形过程.该方法针对刚塑性不可压缩材料,在静力平衡条件下以约束变分原理通过最小化近似塑性势能进行有限元求解.多步模拟在各中间构形的虚拟滑动约束下沿变形路径进行分步迭代计算,考虑了接触和变形历史,能够快速模拟较复杂的体积成形问题.运用该方法对几个典型金属体积成形过程进行了正向一步和多步数值模拟,将计算结果与增量有限元法计算结果进行了比较.结果表明:在计算金属体积成形过程中,基于全量理论的多步有限元模拟能够在大大缩短计算时间的同时获得与增量法计算结果相比偏差小于10%的计算结果.     

分流模结构对连续挤压扩展成形的影响

连续挤压扩展成形是一种先进的铜母线制造方法,而分流模结构是影响成形的重要因素。根据连续挤压扩展成形特点,建立了基于DEFORM-3D刚塑性有限元模型,通过对铜母线连续挤压过程的数值模拟,分析了不同分流模结构下的金属流动规律、流速均方差。结果表明,分流模结构为无过渡面梯形时,金属流动速度差最小,流速均方差为3.11,变形最均匀。通过试验研究验证了数值模拟结果,为连续挤压扩展成形模具优化设计提供了重要的理论指导。     

汽车离合器减震轴套精锻成形数值模拟与分析

简述了汽车离合器减震轴套的几种典型成形工艺。基于Deform3D通用有限元软件,应用三维刚粘塑性有限元显式算法对预减震轴套精锻成形过程进行了模拟分析,得出了变形中材料的流动状态和等效塑性应变分布规律。根据有限元模拟分析结果对减震轴套精锻成形工艺参数、模具结构进行了优化设计,并进行了预减震轴套精锻成形工艺试验。试验验证了有限元模拟分析结果,并精锻成形出合格的汽车预减震轴套产品。     

ANALYSIS OF THREE-DIMENSIONAL UPSETTING PROCESS BY THE RIGID-PLASTIC REPRODUCING KERNEL PARTICLE METHOD

A meshless approach, called the rigid-plastic reproducing kernel particle method （RKPM）, is presented for three-dimensional （3D） bulk metal forming simulation. The approach is a combination of RKPM with the flow theory of 3D rigid-plastic mechanics. For the treatments of essential boundary conditions and incompressibility constraint, the boundary singular kernel method and the modified penalty method are utilized, respectively. The arc-tangential friction model is employed to treat the contact conditions. The compression of rectangular blocks, a typical 3D upsetting operation, is analyzed for different friction conditions and the numerical results are compared with those obtained using commercial rigid-plastic FEM （finite element method） software Deform^3D. As results show, when handling 3D plastic deformations, the proposed approach eliminates the need of expensive meshing and remeshing procedures which are unavoidable in conventional FEM and can provide results that are in good agreement with finite element predictions.