金属体积成形三维数值仿真的研究进展

金属体积成形是一个具有几何非线性和物理非线性的复杂的塑性大变形问题，采用基于刚塑性／刚粘塑性有限元法的ＣＡＥ仿真技术对其分析，则可掌握其详细的变形规律．本文对体积成形三维有限元仿真技术的发展作了全面的回顾，并详细总结了其中的关键技术、存在的技术难点和发展趋势．

精密体积成形技术的现状及其发展

主要介绍了我国的精密体积成形技术现状 ,以及国际上精密体积成形技术的现状和发展趋势。同时介绍了发展精密体积成形技术必须注意的几个问题。

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.

金属体积成形复杂多因素动态耦合仿真模型的建立及应用

对体积成形的多个影响因素进行解析,并对涉及的刚粘塑性有限元理论、热传输理论、磨损及损伤理论进行了阐述与融合。基于FEM软件建立成形过程中多因素动态耦合仿真模型,以曲轴锻造为应用实例,研究了锻造成形后的模具及锻件温度场分布、累积损伤分布,以及热力耦合下的模具一次磨损量分布。建立的仿真模型为实现金属热塑性成形各种工艺的模拟提供了依据。

金属体积成形预成形设计的现状及发展

金属体积成形预成形设计 ,是材料多工序成形工艺与模具设计的中心工作。如何设计预锻件形状和预锻模形状是生产合格终锻件的关键 ,也是模具设计的难点之一。预成形优化设计是采用了优化技术的预成形设计 ,是发展的预成形设计 ,在国内外得到了广泛研究。本文首先介绍了预成形设计所依据的知识和采用的主要手段 :基于以往丰富经验的经验性指导原则、物理模拟技术和基于数值模拟的计算机辅助设计。然后对处于当今预成形设计的主流方法—基于数值模拟的预成形设计的两个发展阶段 ,即预成形设计和预成形优化设计进行了介绍。其次对常用的正向模拟和反向模拟预成形设计方法和常用的基于灵敏度分析的正向模拟优化法、直接微分法、拟合优化法、微观遗传算法等预成形优化设计方法的基本原理、特点及应用进行了介绍和总结。最后指出了预成形设计的发展趋势。

无网格方法及其在体积成形中的应用

应用有限元模拟体积成形时 ,由于坯料变形很大导致网格畸变 ,使得解题效率和计算精度大大降低。作为一种新兴的数值计算方法 ,无网格计算只需将求解域离散为独立的节点 ,因此适用于分析大变形问题 ,位移场利用节点值通过函数拟合得到 ,可以保证在整个求解域内连续 ,同时后处理计算具有简单和精度高的优点。本文简要介绍无网格方法的基本原理 ,包括位移场的逼近、泛函的积分及边界条件的处理 ,最后分析了圆柱体镦粗过程 。

体积成形预成形设计及优化方法的研究与应用

文章立足于体积成形预成形设计及优化领域的新发展,侧重介绍了在叶片锻造预成形设计及优化方面的应用。对包括工程实际、物理模拟、数值模拟以及类等势场模拟在内的体积成形预成形的各种设计方法进行了全面阐述;归纳总结了目前研究较为热门的基于数值模拟,并结合一定寻优方法的体积成形预成形优化设计的各种主流及创新方法,而且对这些方法的基本原理、优缺点以及应用前景等做了详细介绍;对未来预成形设计及优化技术的总体发展趋势进行了展望。

金属体积成形过程的自适应无网格方法

采用动态显式自适应无网格RKPM方法的计算格式,在有效误差估计模型的基础上进行节点加密,采用区域分解思想确定新的计算模型中节点的影响域半径,对金属体积成形过程进行了全过程的计算机模拟。Taylor Bar冲击的自适应无网格计算结果与实验结果吻合良好,有效地验证了该方法的正确性和可行性。挤压算例的计算结果也表明该算法能提高计算精度和改善板内应变能误差。

金属体积成形过程中温度场的分析

以耦合的方式来处理体积成形过程中塑性变形和温度场之间的相互影响和相互作用 ,开发了一套能进行热力耦合分析的刚塑性 /刚粘塑性有限元模拟软件HFORGE2D ,并利用该软件对镦粗过程和模锻过程进行了数值模拟 。

体积成形数值模拟技术的研究现状及发展趋势

简要回顾了金属体积成形三维数值模拟技术的发展历程 ,对国内外在此领域的研究现状及发展趋势作了较全面的分析与展望 ,指出研究的重点由宏观转向微观、单一分散转向耦合集成、由共性通用转向特性专用型的模拟。介绍了 4种数值模拟新方法———无网格数值模拟、自适应有限元数值模拟、刚塑性有限边界单元法。

镁合金射钉枪端盖等温体积成形及数值模拟

针对射钉枪端盖零件,设计了等温挤压成形工艺和等温挤压试验模具。利用DEFORM-3D对成形过程进行数值模拟,预测了射钉枪端盖零件成形力为90kN以及成形过程分为5个阶段。采用YAW-500kN微机控制电液伺服压力试验机进行挤压试验,试验证明所设计的成形方案合理可行,同时也验证了数值模拟分析的正确性。

塑性有限元在金属体积成形过程中应用的进展

塑性有限元法已经成为研究金属体积成形的重要方法。介绍了刚塑性有限元和弹塑性有限元的原理;综述了金属体积成形过程中锻造、挤压和轧制工艺有限元模拟的国内外最新应用进展,并分析了有限元法在不同工艺中应用的未来发展方向。最后总结了塑性有限元法在金属体积成形领域未来发展的难点和趋势。

金属体积成形过程三维刚塑性有限元模拟技术的研究

本文对三维刚塑性有限元模拟分析过程中有关技术问题进行了系统的研究。对三维数值模拟中存在的关键问题提出了有效的算法和处理技术，开发了相应的三维模拟软件系统。并以筒形机匣精锻成形为例对金属体积形成过程进行了模拟，计算结果表明所提出的方法和软件系统是可靠的。

金属体积成形中的韧性损伤准则

以Ｌｅｍａｉｔｒｅ的４个基本要素，即损伤变量、各向同性损伤假设、有效应力、应变等效性假设，以及热力学和损伤只发生在拉伸应力的塑性变形下的假设为基础，提出了一个韧性损伤准则，它能解释自由均匀镦粗的自由表面无裂纹的现象。

金属体积成形过程的无网格RPIM方法分析

建立了基于无网格径向点插值RPIM法的二维体积成形动态显式计算模型.采用具有Delta函数性质的RPIM形函数构造位移域,因此可以很方便地施加本质边界条件.基于防御节点法给出了二维接触碰撞问题的接触力计算方法,避免罚函数法罚因子选择问题,以及拉格朗日乘子法不适合显式算法的问题.采用完全拉格朗日格式和弹塑性本构关系解决金属体积成形过程所涉及的几何非线性和材料非线性问题,并通过将工件变形分解为偏量部分和体积部分,有效消除金属体积成形中的体积自锁现象.数值算例表明,该算法可方便准确处理大变形畸变问题,是模拟金属体积成形过程的一种有效方法.

三维体积成形过程的并行无网格法仿真分析

将显示无网格法引入三维体积成形仿真过程,设计了基于再生核质点法(Reproducing kernel particle method, RKPM)无网格法理论的并行算法。在前处理过程中,采用了多层次二分法对几何模型进行分区;在仿真计算过程中,设计基于消息传递机制的粗粒度并行程序,针对接触搜寻算法的特点,提出了接触问题并行化的新策略。并编制了相应的程序,成功地对三维体积成形问题进行了求解,准确地处理了网格严重畸变的问题,并验证了该算法的准确性和有效性。

体积成形过程物理模拟技术的研究及应用

本文介绍了体积成形整体物理模拟技术的实施方案和主要技术要点 ,以及将该项技术用于模拟研究曲轴等典型锻件的成形过程 ,测定了变形力、错移力和关键部位的应变分布 ,提出了优化工艺设计。

基于配点型无网格法的金属体积成形过程数值模拟

基于配点型无网格法的基本原理,阐述了采用配点型无网格法求解偏微分方程的步骤和方法,推导了刚塑性二维轴对称问题的配点型无网格法求解公式。以汽车气门弹簧座冷挤压过程为例,对金属体积成形的塑性变形情况进行了模拟分析。算例表明,配点型无网格法不需要借助背景网格或有限元网格进行数值积分,解决了伽辽金型无网格法计算效率低的问题。计算结果与有限元法比较接近,说明配点型无网格法用于金属塑性大变形过程数值模拟是可行性的。

体积成形的三维有限变形弹塑性有限元法的研究

本文以 ANSYS软件为平台 ,开发了用于金属体积成形分析的三维有限变形弹塑性用户单元 ,其中采用对数应变法计算构形间的应变增量 ,采用径向回归隐式算法进行构形间的应力更新 ,采用改进的抵消构形刚性转动的共旋变换算法来保证相关场量的客观性条件。为了保证对于体积不可压缩材料的模拟性能 ,建立了静水压力自由度与位移自由度的凝聚算法。这些算法不但简化了有限变形弹塑性有限元法的复杂性 ,而且提高了模拟精度。通过与 AN-SYS软件关于圆柱镦粗成形模拟结果的比较 ,验证了开发系统的正确性。

微体积成形晶界影响区域材料本构方程的构建及有限元模拟

基于微体积成形的成形机理及传统的表面层模型,将分析体分为内部多晶区域、表面层晶粒内部区域和表面层晶粒影响区域。参考Hall-Petch公式并引入尺度参数,对微镦粗试验数据进行回归分析,构建纯铜晶界影响区域材料的本构方程。分区域赋予分析体材料本构关系并进行离散化处理,对纯铜微镦粗过程进行数值模拟,分析结果体现了微成形的基本特征,由分析结果得到的微成形材料本构关系与试验结果基本一致,证明所构建的晶界影响区域的材料本构关系和数值模拟模型的可靠性。