冲压仿真中Mindlin壳单元的关键技术问题

对冲压仿真中Mindlin壳单元的中面法线转动矢量的计算 ,局部坐标系的建立及相应的转换矩阵 ,弹塑性本构矩阵这 3个关键技术进行了研究 .在此基础上 ,对NUMISHEET99的benchmark c进行了仿真计算 ,得到了较好的结果 .

Functions for patch test in finite element analysis of the Mindlin plate and the thin cylindrical shell

Current patch test for Mindlin plate element only satisfies the zero shear deformation condition.The patch test of non-zero constant shear for Mindlin plate problem cannot be performed.For shell element, the patch test does not even exist.Based on the theory of enhanced patch test proposed by Chen W J (2006),the authors proposed the enhanced patch test function for Mindlin plate and thin cylindrical shell elements.This enhanced patch test function can be used to assess the convergence of the Mindlin plate and cylindrical thin shell elements.

板材冲压成形的晶体塑性有限元模拟

将率相关晶体塑性本构理论引入Mindlin曲壳单元模型与动力显式有限元法,采用切线系数法计算剪切应变率,根据晶体取向正态分布规律在单元积分点处分配晶体取向,按各晶体取向体积分数的加权平均计算多晶体应力,开发晶体塑性动力显式有限元程序,实现板材冲压成形过程模拟和晶体取向演化预示。以主要初始织构为铜织构和S织构的轧制铝板为对象,对方盒件冲压成形过程及织构演化进行数值模拟,计算结果与试验结果呈现出较好的一致性。通过晶体弹塑性有限元法不仅可以预示板材宏观成形构形变化,而且能够预测板材织构的演化情况。模拟结果显示在方盒件冲压成形过程中,铜织构和S织构为不稳定取向,变形后逐渐转到其他取向。

中厚板轿车摇臂件拉深成形有限元模拟分析

将厚向异性屈服函数、单元级双面接触算法的能够反映强烈弯曲效应的Mindlin曲壳单元模型引入动力显式中心差分格式的有限元算法,建立对复杂形状的中厚板件拉深成形有限元模拟分析算法;在此基础上,以轿车摇臂厚板金件为例,分析了材料厚向异性参数r值、凹模圆角以及压边力大小对此类成形件成形性的影响。通过数值模拟与实际拉深成形实验的对比,验证了本文方法的有效性;同时,结合实验研究了此类单元对工具弯曲圆角大小的适应性。

方板对角拉伸分叉、鼓动与起皱

以Ｈｉｌ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和Ｍｉｎｄｌｉｎ曲壳单元的弹塑性大变形有限元模型成功地模拟了方板对角拉伸（ＹＢＴ）分叉后继变形的鼓动与起皱过程，并与同类实验结果进行了比较最后还讨论了板厚ｔ和端面拉伸宽度Ｂ对分叉模式和起皱模式的影响为板材成形过程中发生的分叉。

汽车覆盖件成形过程起皱模拟的数值方法

采用虚功率增率型原理和考虑横向剪切变形的Mindlin型曲壳单元,动态界面引入库仑摩擦定律所建立的板材成形弹塑性大变形有限元模型,以Hill关于弹塑性材料唯一性的充分性条件为分叉起皱判据,成功地模拟了方盒拉深成形凸缘起皱现象及圆锥件拉深成形侧壁起皱现象。方盒拉深成形凸缘起皱的个数、形状和位置等起皱模式与实验结果完全吻合,后处理过程采用3维激光实体造型和3维激光动态仿真技术演示起皱过程的发生与发展。

一种分析AGS结构的三角形加筋板壳单元

基于精细三角形Mindlin板单元构造了21个自由度三角形复合材料加筋板壳单元。在该单元构造过程中,考虑了肋骨弯曲、扭转、面内剪切和横向剪切变形的影响;由于肋骨和蒙皮的位移插值函数采用了相同的形函数,保证了两者变形的协调性,同时又放松了肋骨转动的约束,故与传统的板单元相比,能较好地反映了蒙皮和肋骨的变形特征。在此单元中,肋骨放置的数量、位置和角度可以任意,为结构的单元网格剖分带来了很大的便利。算例结果验证了单元的有效性,特别是在分析高肋结构时,显示出其比传统加筋板单元具有更高精度的优点。还以一典型的先进复合材料等格栅加筋板(AGS)为例,讨论了该结构弯曲变形的力学特性。

复杂形状的中厚板件拉深成形动力显示有限元分析

将厚向异性屈服函数、单元级双面接触算法的能够反映强烈弯曲效应的M ind lin曲壳单元模型引入动力显式中心差分格式的有限元算法,并组入自主开发的板成形CAE商品化软件KMAS系统中,建立对复杂形状的中厚板件拉深成形有限元模拟分析算法;在此基础上,以轿车摇臂厚板金件为例分析了材料厚向异性参数r值、凹模圆角以及压边力大小对此类成形件成形性的影响。通过数值模拟与实际拉深成形实验的对比,验证了本文方法的有效性;同时,结合实验研究了此类单元对工具弯曲圆角大小的适应性。

舰船加筋复合材料层合板的导纳分析

应用有限元法对加筋复合材料层合板结构进行固有振动特性和导纳特性分析。基于一阶剪切理论的复合材料层合板理论,采用4节点M ind lin壳单元进行结构离散,通过动力学原理建立结构动力学有限元方程,并编制出相应的计算机程序。针对双向加筋复合材料结构进行分析,讨论不同结构模态阻尼系数、不同激励位置、不同边界条件和加筋的疏密程度对结构原点导纳及跨点导纳的影响。依据计算结果,可以进一步研究舰船复杂结构振动能量的传递和隔振效果,为追求最佳振动和声学设计提供分析方法。

一种厚薄通用的矩形壳元及其应用

用含转角自由度的膜元和Mindlin板元组合,构造了一种厚薄通用的优质矩形壳元。算例验证表明该单元能有效地避免剪切闭锁和位移协调性问题;并且计算方法清晰,列式简单,具有准较高的确度性,可应用于一般工程实际问题。通过自编程序,进一步将该单元应用于薄膜的应力计算,可有效预测剪切薄膜的起皱区和起皱角。