塑性成形数值仿真精度的提高途径

探讨提高塑性成形数值仿真精度的途径,理论上介绍了塑性成形数值仿真中材料的非线性、摩擦边界条件和动态接触边界的处理等问题.给出常用于有限元分析的金属材料模型;对比划分网格不良和优良条件下的材料变形和温度模拟的差异、不同接触条件下金属变形的差异,并讨论网格重划分过程中金属体积的损失,利用实例证明塑性成形数值仿真在工业中的成功应用.     

饱和粘土中平均塑性体积应变对压密注浆的影响

针对工程上通常不考虑平均塑性体积应变Δ的影响或者简单取Δ为0．01的情况，分析了饱和粘土中平均塑性体积应变对压密注浆的影响范围、极限孔压、超孔隙水压力的影响并给出了考虑其影响的计算公式。研究表明：在工程中平均塑性体积应变的影响通常是应该考虑的，它是反映土体变形规律的重要参数，并提出了平均塑性体积应变的简化确定方法，操作简单，判断快捷，适合工程应用。当G／Cu≤40时，可以不考虑平均塑性体积应变的影响。     

装甲钢马氏体相变塑性的实验研究

采用Gleeble热模拟实验机对装甲钢马氏体相变塑性进行了研究。通过对热变形中的热应变、组织应变和弹性应变进行分离,从总应变中分离了相变塑性,并得到了相变塑性的定量关系式,采用Greenwood-Johnson模型得到该种材料的相变塑性系数。分析结果表明,该种材料的相变塑性、组织应变和热应变是引起变形的主要原因,相变塑性与组织应变数值相当,在热处理变形分析中不容忽视;随着温度降低及马氏体体积分数增大,相变塑性迅速增大,马氏体体积分数达到0.8后,相变塑性基本保持不变;随着施加应力的增加,相变塑性逐渐增大,相变塑性与施加应力呈线性关系。文章研究结果不仅为该种材料热处理、焊接过程形状畸变和残余应力研究提供基础,还为该材料复杂热力学行为研究提供参考。     

体积分数对Wf／Zr基非晶复合材料准静态压缩特性的影响

系统研究了体积分数对钨丝增强Zr基非晶复合材料力学性能的影响。结果显示，在钨丝体积分数〈50％时，复合材料以剪切方式断裂为主，压缩强度和塑性应变随着体积分数的增加而增加；在体积分数≥50％时，复合材料以弯曲和劈开方式断裂为主，压缩强度随着体积分数的增加而继续增加，而塑性应变则开始降低。分析表明，钨丝体积分数的变化通过影响剪切带的形成而引起材料的力学性能发生变化。     

基于有限元分析的摩擦系数测定

在塑性体积成形有限元模拟中,摩擦模型和摩擦系数的确定是一个关键问题.本文采用圆环镦粗法研究体积成形中摩擦系数的确定.利用有限元分析确定一组摩擦系数标定曲线,用圆环镦粗试验确定圆环内径变化率百分比与圆环高度压缩百分比关系曲线.通过曲线对比得到模具材料和成形材料之间的摩擦系数.针对6A02CZ材料在钢模具中体积成形时6A02CZ材料与钢之间的摩擦系数进行确定,6A02CS材料在无润滑剂和润滑油做润滑剂两种情况下的摩擦系数分别为0.325和0.3.研究表明,采用有限元方法和圆环镦粗试验相结合的方法更适合塑性体积成形中的有限元分析.     

高强度超声波辅助塑性加工成形研究进展

超声波辅助塑性加工是一种新的加工方法,由于超声振动在塑性加工中具有独特的"体积效应"和"表面效应",与传统塑性加工相比,能有效降低材料流变应力、成形载荷及摩擦力。文章综述了超声波辅助塑性变形基本原理、成形设备及超声波辅助塑性成形工艺等方面的研究现状,并对其发展趋势进行了展望。     

考虑材料剪胀性的球形空腔扩张问题的弹塑性分析

在考虑材料剪胀性和塑性区弹性变形的情况下 ,研究了塑性区中弹、塑性变形情况以及对应力场、位移场的影响。研究表明剪胀角 ψ和内摩擦角对弹塑性交界处半径R有显著影响 ;给出了塑性区中平均体积应变及弹、塑性变形体积的计算公式和剪胀角的测试方法。通过算例研究发现 ,弹塑性交界处半径R随着剪胀角 ψ的增大而逐渐减小 ,塑性区平均体积应变却随着剪胀角 ψ的增大而增大。研究表明塑性区中弹性变形部分忽略是不合理的     

金属塑性成形有限元模拟中材料体积变化

金属塑性成形的一个基本条件就是体积不变,但有限元模拟过程中又必然存在体积变化,从而影响了模拟精度和模拟结果。分析讨论了影响材料体积变化的三个主要因素：有限元网格变形及网格重划、增量步长、惩罚因子,并给出了相应的控制方法。     

两相材料的弹塑性性质和计算模型分析

本文提出了两相材料塑性性质的有限元大变三区模型并比较了两区模型，三区模型，周期性排列夹杂模型对计算的影响，分析了夹杂形状，分布，体积分数和载荷方法对弹塑性性质的影响，所得结果对深入理解两相材料所表现的宏观性质是有意义的。     

金属拉伸的塑性伸长

研究了金属拉伸的塑性伸长，认为均匀伸长与材料的均匀变形量及所取试样的标距有关，局部非均匀变形的塑性伸长与在金属拉伸过程参与局部非均匀变形的金属体积以及变形后的形状有关。     

刚塑性含空穴材料的有限元方程的研究

基于Gurson含空穴刚塑性材料的塑性势方程及其修正式 ,在材料的本构方程中引入了空穴损伤 ,体现了材料的体积变化 ,推导出应力 应变 损伤耦合的有限元列式和求解方法 ,为研究体积成形时材料的损伤和裂纹的扩展奠定了基础。并借鉴可压缩材料的有限元简化格式 ,简化了单元名义等效应变速率ε·的矩阵表达式 ,并进一步简化了有限元列式     

基于金属刚塑性/刚粘塑性不可压缩材料的无网格RKPM法

文章将刚塑性/刚粘塑性流动理论与再生核质点方法(RKPM)相结合,提出了基于刚塑性/刚粘塑性不可压缩材料的无网格RKPM法,进一步拓展了无网格RKPM法的应用范围。分别采用边界奇异权法和修正的罚函数法处理本质边界条件和体积不可压缩条件,推导了金属塑性成形过程无网格RKPM法数值模拟的刚度方程,给出了关键算法。对平面应变镦粗过程进行了数值模拟,并将模拟结果与刚塑性有限元体积成形商品化软件Deform 2D计算结果作了比较,二者吻合良好,表明了该文方法的正确性和有效性。     

多孔体金属材料在塑性变形过程中的缺陷预测

基于多孔体材料的塑性理论和体积可压缩的刚塑性有限元理论，通过数值模拟，并以Ｌｅｅ－Ｋｕｈｎ通过实验获得的局部应变极限准则为破裂条件，分析了摩擦因子，坯料高径比，坯料初始密度，模具型式和工件的形状等因素对形成表面裂纹的影响。     

有限体积法模拟铝型材挤压成形过程

研究了有限体积法模拟金属塑性成形的基本理论和关键技术，得到了适用于塑性成形的有限体积控制方程，给出了模拟过程中有限体积网格体系的建立、成形过程中金属流动的跟踪描述和时间增量步长的确定等技术处理方法。然后采用该数值模拟方法，对铝合金门窗型材的挤压成形过程进行了仿真。详细地分析了该零件在挤压成形过程中金属的流动情况，给出了成形各阶段等效应变、温度和速度等物理场量的分布情况以及整个成形过程中模具载荷／行程曲线的变化情况。研究结果证明有限体积法是一种行之有效的铝型材挤压数值模拟方法，它可以为铝型材新产品的开发设计提供理论指导。     

CVD Ta/W复合材料力学性能影响因素的研究

采用室温拉伸实验，扫描电镜，金相显微镜研究了影响CVD法制备的Ta/W层状复合材料力学性能的因素。结果表明：W体积分数，热处理温度，热处理时间均对复合材料的力学性能有较大影响。W体积分数为13%的复合材料同时具有良好的抗拉强度和塑性。能够有效提高复合材料抗拉强度和塑性的热处理制度为1600℃×2h，且热处理主要通过改变复合材料的晶粒大小及界面扩散层厚度来影响材料的力学性能。     

金属体积塑性成形过程数值模拟技术与仿真系统

介绍了金属体积塑性成形过程数值模拟方法、关键应用技术及其仿真系统的构成和国内外相关软件系统，对二维、三维有限元网格自动生成技术进行了较为详细的论述，综述了金属塑性成形过程优化设计方法、有限体积法以及无网格方法的国内外现状。最后给出了目前存在的问题及其将来应努力的方向。     

金属体积塑性成形过程数值模拟技术与仿真系统

介绍了金属体积塑性成形过程数值模拟方法、关键应用技术及其仿真系统的构成和国内外相关软件系统，对二维、三维有限元网格自动生成技术进行了较为详细的论述，综述了金属塑性成形过程优化设计方法、有限体积法以及无网格方法的国内外现状。最后给出了目前存在的问题及其将来应努力的方向。     

基体塑性对Al2O3f/Al复合材料增强效果的影响

通过改变试验温度和选用不同塑性基体材料的方法,研究了基体塑性对复合材料拉伸性能的影响.试验结果表明,基体塑性很差的Al2O3f/ZL109复合材料,随着纤维体积分数的升高,其抗拉强度下降;对于基体塑性很好的Al2O3f/1050复合材料,随着纤维体积分数的增加,其抗拉强度有明显的提高;随着试验温度的升高,基体ZL109铝合金的塑性不断提高,低于543K,ZL109的强度高于Al2O3f/ZL109;在543K左右,ZL109的强度与Al2O3f/ZL109相当;高于543K后,Al2O3f/ZL109的强度高于ZL109.若在使用条件下,基体为脆性材料,加入短纤维反而会降低材料的力学性能;若基体为塑性材料,添加短纤维能起到强化的效果,塑性越好,其强化效果越好.     

刚塑性有限元模拟中体积变化问题处理方法

分析了在塑性有限元分析金属体积成形问题中引起体积变化的原因 ,指出在采用罚函数方法引入体积不可压缩条件的刚塑性有限元模拟中惩罚因子、增量步长、节点调整、网格密度和重划次数等是引起体积变化的主要原因。针对所分析原因 ,在现有的方法基础上提出基于三维有限元的节点调整和体积补偿新方法 ,并在实际模拟中应用 ,得到较好的效果 ,提高了模拟的精度和可信度。     

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.