金属切削加工热弹塑性大变形有限元理论及关键技术研究

基于有限变形理论、虚功原理和更新的拉格朗日公式建立了热弹塑性本构方程,导出了热弹塑性大变形耦合控制方程。对切削加工有限元模拟中的关键技术,如材料模型,工件和切屑的分离、断裂准则,刀具、切屑间的接触摩擦模型以及切削热进行了探讨,针对这些关键技术建立了正交切削加工铝合金7050T7451有限元模型,对切屑形态、切削力、切削温度以及应力场和应变场等物理量的分布进行了有效预测。

各向异性中厚度板壳的弹塑性大变形分析

本文提出了一个解各向异性中厚度板壳弹塑性大变形问题的一般有限元方法。几何非线性的描述采用Ｖ．Ｋａｒｍａｎ的位移应变关系；材料的弹塑性分析采用Ｈｉｌｌ推广的Ｈｕｂｅｒ－Ｍｉｓｅｓ屈服准则；借用Ｏｗｅｎ的剪切修正系数，正确计及了叠层复合材料壳体的横向剪切效应。特别是本文利用插值外推的思想，提出了一个带预测的弧长增量控制法，显著提高了计算塑性大变形和后屈曲路径的效率。几个数值算例表明本文给出的有限元方法对于各种各向异性壳体的弹塑性大变形分析有较好的精度。

弹塑性大变形率问题的变分原理和应用

本文根据Hiil(1958,1959)一般变分原理,采用流动坐标导出了弹塑性大变形及非线性率问题的,分别以初始和现时构形为参考状态的,适合于有限元计算的变分方程,并用根据该变分方程建立起来的有限元公式对处于平面应变条件下的,带有微小缩颈状初始几何缺陷的聚合物板的缩颈过程作了分析,分析时考虑了材料的硬化,本文所导出的变分方程适于分析包括金属塑性成形在内的弹塑性大变形过程。

一种弹塑性大变形各向异性损伤运动学基本方程

对弹塑性大变形,由于外界载荷的作用和材料自身性能的影响,损伤常常表现为各向异性。通过有效应力的概念,损伤对变形的影响可用一个四阶损伤影响张量来表示。对于弹塑性损伤变形,可以通过不同的极分解途径,而得到各种定义的变形梯度张量和相应的应变张量。分析结果表明:变形与材料的损伤有着较为密切的关系。

无网格Galerkin法在金属弹塑性大变形问题中的应用

用无网格伽辽金法研究了金属塑性成形过程模拟中的弹塑性大变形问题。采用修正的拉格朗日法建立金属大变形弹塑性无网格伽辽金方程,求解过程根据Newton-Raphson增量进行迭代,在增量刚度方程的计算中,引进修正的弹塑性应力应变矩阵,从而实现了金属塑性大变形问题的无网格模拟。应用FORTRAN语言对圆柱体压缩和反向平面挤压两个大变形弹塑性过程进行了编程模拟,验证了该方法的可行性。此法对网格没有依赖性,模拟大变形问题时不需要网格重构,计算简单。

条形基础稳定性弹塑性大变形有限元分析

对土体失稳过程中弹塑性大变形的问题,采用大变形问题的UpdatedLagrangian描述方法,建立了土体稳定分析的弹塑性大变形有限元模型,提出了坐标更新和非线性方程组线性化的方法:计算了均布竖向荷载情况下的条形基础地基稳定性,通过与Prandtl解和弹塑性小变形有限元法所得结果的对比,说明了用弹塑性大变形有限元法进行土体稳定性计算是可行的.通过对倾斜荷载作用并考虑土体自重情况下的条形基础地基稳定性分析,表明弹塑性大变形有限元法不仅能反映土体抗剪强度指标对土体稳定性影响,而且也能反映土体弹性参数对土体稳定性影响,说明了用弹塑性大变形有限元法计算土体稳定性的合理性及对工程安全的重要性.

边坡稳定性弹塑性大变形有限元强度折减分析

介绍了采用更新拉格朗日法的岩土体弹塑性大变形本构方程和有限元公式的推导过程。运用弹塑性大变形有限元强度折减法分析边坡稳定性,计算程序不收敛,塑性区贯通坡体,边坡失稳。揭示了因降水引起边坡土体强度的降低是边坡发生破坏的主要因素,坡体重量的增加是次要因素,为边坡治理设计提供了科学依据。

四节点手性拉胀超材料在弹塑性大变形下的等效力学性能研究

拉胀超材料(即具有负泊松比效应的材料)具有很多独特的优良性能.等效力学性能是设计拉胀超材料的重要指标,同时也是建立相应本构模型的基础.目前对拉胀超材料的等效力学性能研究大都局限在弹性小变形框架下,而在实际应用中,拉胀超材料通常会产生弹塑性大变形.为此,采用了基于周期性边界条件的数值均匀化方法,对一种经典的四节点手性拉胀超材料在弹塑性大变形下的等效力学性能开展了系统的研究.结果表明,四节点手性拉胀超材料的等效力学性能随着变形的增加而产生规律性的变化.

弹塑性大变形问题的改进的无单元Galerkin方法

基于改进的移动最小二乘法,建立了弹塑性大变形问题的改进的无单元Galerkin方法.改进的移动最小二乘法克服了移动最小二乘法有时形成病态或奇异方程组的缺点.基于改进的移动最小二乘法建立形函数,根据弹塑性大变形问题的Galerkin弱形式建立离散方程,利用罚函数法施加位移边界条件,推导了弹塑性大变形问题的改进的无单元Galerkin方法的公式,采用Newton-Raphson迭代法进行求解.通过数值算例,讨论了权函数、影响域比例参数、罚因子、节点数和迭代步数对计算精度的影响,结果显示,相对于四次和五次样条函数,选取三次样条函数作为权函数具有更高精度;当d_(max)=3.6,α=10^(10)×E时本文方法具有较高精度.考虑不同的节点分布和加载步数,分析了本文方法的收敛性.数值结果验证了本文方法的有效性,说明了该方法具有提高计算效率的优点.

一种考虑厚向变形的大变形弹塑性壳单元

考虑壳体厚向应力应变的壳单元是当前国际上的研究热点,在阐述该壳单元的概念、理论背景及研究方法的基础上,提出了构造该类型单元模型的几个关键问题及技术实现方法,并对该理论模型的应用前景作了展望.

基于中间构形的大变形弹塑性模型

在大变形弹塑性本构理论中,一个基本的问题是弹性变形和塑性变形的分解.通常采用两种分解方式,一是将变形率(或应变率)加法分解为弹性和塑性两部分,其中,弹性变形率与Kirchhoff应力的客观率通过弹性张量联系起来构成所谓的次弹性模型,而塑性变形率与Kirchhoff应力使用流动法则建立联系;另一种是基于中间构形将变形梯度进行乘法分解,它假定通过虚拟的卸载过程得到一个无应力的中间构形,建立所谓超弹性–塑性模型.研究了基于变形梯度乘法分解并且基于中间构形的大变形弹塑性模型所具有的若干性质,包括:在不同的构形上,塑性旋率的存在性、背应力的对称性、塑性变形率与屈服面的正交性以及它们之间的关系.首先,使用张量函数表示理论,建立了各向同性函数的若干特殊性质,并导出了张量的张量值函数在中间构形到当前构形之间进行前推后拉的简单关系式.然后,基于这些特殊性质和关系式,从热力学定律出发,建立模型在不同构形上的数学表达,包括客观率表示的率形式和连续切向刚度等,从而获得模型所具有的若干性质.最后,将模型与4种其他模型进行了比较分析.

软粘土弹塑性大变形的求积元法分析（英文）

目的:考虑几何非线性及非达西渗流对软粘土固结的影响,提出一种大变形固结问题的求积元求解列式,以提高数值方法的计算精度及计算效率。通过数值算例研究几何非线性及非线性渗流定律对软粘土固结的影响,为工程实际提供参考。创新点:1.提出一种大变形固结问题的高阶数值求解方法;2.在固结问题求解中同时考虑几何非线性及非线性渗流定律。方法:1.基于初始构型,采用完全拉格朗日格式,建立大变形固结问题求解列式;2.基于变形梯度乘法分解,得到大变形条件下的土体本构模型;3.基于指数关系的渗流定律,建立渗流连续性方程;4.通过数值算例验证方法,研究几何非线性及非达西渗流对软粘土固结的影响。结论:1.所建立的求积元方法的收敛速度要远远快于有限元法,降低了问题计算规模;2.在小变形条件下,最终沉降随外荷载线性变化,而在大变形条件下,随着载荷的增大,沉降相对于小变形条件有所降低;3.当考虑非达西渗流定律时,软粘土的固结速率随着非达西渗流参数的增加而降低。

塑性成型弹塑性有限元模拟的静水压力间接计算法

在单元内偏应力导数精度分析的基础上，提出了偏应力导数佳点的概念，并通过逐层积分建立了修正的静水压力间接算法．将该方法应用于金属成型过程的弹塑性有限元模拟中，较好地解决了大步长时应力计算精度低的问题，提高了计算效率．算例表明，在变形总量和应变步长都较大的情况下，用该方法计算得到的应力和变形载荷仍具有较好的精度．

塑性大变形有限元静水压力的改进算法

本文针对塑性大变形有限元中静水压力计算精度低的问题，研究了三维八节点等参元的偏应力导数佳点，提出了一种改进的静水压力间接积分算法。将该算法应用于金属塑性成型过程的有限元模拟，较好地解决了大步长情况下应力计算精度低的问题。

CSP连轧过程金属变形的热力耦合模拟分析

借助Marc商用软件,采用弹塑性大变形热力耦合有限元法(FEM),对包钢生产的1 500 mm×68mm薄板坯CSP(紧凑式带材生产)轧制第一道次的热轧过程进行了模拟。分析了变形区内轧材等效应力场、应变场及应变速率的分布和变化规律。结果表明在轧件变形区内,等效应力沿轧制方向逐渐增大,在中性面附近达到最大值(95.20 MPa),后又逐渐减少;等效应变亦沿轧制方向逐渐增大,在轧件出口处达到最大值(0.70);在轧件入口端表面附近等效应变速率有最大值,为20.74 s-1。模拟计算的轧制力为22 203 kN,现场测得的轧制力为22 239 kN,预测误差为0.16%。

钢/聚丙烯/钢复合板拉深中钢板变形有限元分析

用弹塑性大变形有限元方法模拟钢 /聚丙烯 /钢复合层板的拉深成形过程 ,揭示了两层钢板的塑性应变发展过程 ,分析了不同变形区域的塑性变形特征 .对内层钢板 ,从板料中心沿径向依次处于非塑性变形状态、径向伸长类变形状态、周向压缩类变形状态 .而对外层钢板 ,从板料中心沿径向则依次处于非塑性变形状态、周向压缩类变形状态、径向伸长类变形状态、周向压缩类变形状态 .

大变形有限元法计算水闸地基稳定性(Ⅰ)—基本原理

在水闸地基整体稳定性研究中,选择弹塑性大变形有限元进行计算。采用大变形问题的UpdatedLagrangian描述方法,基于土体失稳过程是弹塑性大变形的问题,建立了土体稳定分析的弹塑性大变形有限元模型,提出了坐标更新和非线性方程组线性化的方法,推导了相应的计算公式。

滑橇起落架极限使用性能

滑橇起落架具有结构简单、维护方便、重量轻等优点,在小轻型直升机上应用很广泛。滑橇起落架通过结构的弹塑性大变形来吸收着陆能量,其缓冲性能的优劣关系到起落架设计的好坏,因此对其缓冲性能进行研究具有重要意义。国内外学者目前通过多种方式对滑橇起落架缓冲性能进行了研究。陶周亮等基于LS-DYNA对滑橇起落架落震计算模型进行了研究。云庆文等通过MSC.Dytran软件对滑橇起落架结构土壤坠毁进行了仿真分析。

平行刃剪切机剪切过程的有限元仿真模拟分析

金属剪切过程是一种复杂的弹塑性大变形过程,同时还存在着应力与应变之间的物理非线性、位移与应变之间的几何非线性以及工具与试件之间的接触边界非线性等多重非线性关系。本文用计算机辅助工程(CAE)软件——高度非线性结构有限元分析软件MARC对平等刃剪切机的剪切过程进行了三维弹塑性大变形仿真模拟,探索出一种求平行刃剪切机力能参数的数值仿真模拟方法。