动力显式算法在汽车覆盖件成形过程有限元模拟中的应用

论述了汽车覆盖件成形过程有限元模拟的动力显式算法.详细分析了动力显式算法中虚功方程的空间域有限元离散方法和有限元方程的时间域中心差分离散方法.分别采用LS-DYNA3D和ABAQUS对江铃五十铃汽车有限公司J116车门和匹卡车第一横梁进行了显式算法的有限元数值模拟.算例表明:动力显式算法可以获得比较满意的结果.

变薄拉深过程模拟的有限元动力显式算法

为研究变薄拉深工艺中材料流动变形,开发了基于单点积分和粘性阻尼沙漏控制算法相结合的八节点六面体单元的有限元动力显式算法程序。采用粘性沙漏控制算法有效控制了由于单点积分造成的沙漏模式,节省了计算时间。同时,沿厚向划分多层网格、三维的本构关系以及双面接触算法,可以精确获取板料应力应变状态。最后给出了圆筒件的变薄拉深成形模拟实例,通过与实验结果的比较,验证了此实体单元的实用性。

车轮径向疲劳试验的动力显式有限元算法

由于静力隐式有限元算法很难准确模拟车轮径向疲劳试验,着重研究用动力显式有限元算法进行模拟的方法。论文详细介绍了车轮有限元网格、材料性能参数、轮胎简化、螺栓预紧、焊缝设置、转鼓转动、径向力加载等过程的设置方法及注意事项,列出车轮应力及表面压力的分布,提出判断分析结果合理与否的方法,最后详细介绍材料S-N曲线的选择方法,并对有限元分析及试验寿命结果进行比较,该动力显式模拟设置方法可得到较理想的分析结果。

改进的速度迭代弹塑性大变形动力半显式算法

提出了基于速度迭代的弹塑性大变形动力半显式算法 ,并且在此基础上采用拟弯曲膜单元 ,结合有模卸载方式数值模拟了U形弯曲以及S形导轨回弹过程 ,着重比较了动力半显式算法与动力显式算法和实验的回弹结果 .给出了动力半显式算法的迭代格式和收敛标准 .

一种无条件稳定的结构动力学显式算法

利用离散控制理论,针对结构动力学方程时间积分提出了一种新的无条件稳定的显式算法.新算法采用CR算法的速度和位移递推格式,同时利用Z变换获得算法对应的传递函数,进而根据极点条件推导了递推格式系数的具体表达式.然后,在其系数中引入了一个控制周期延长率的变量s,从而调节新算法的精度.理论分析表明无条件稳定显式新算法具有二阶精度、零振幅衰减率、无超调和自起步特性,且周期延长率可以用变量s控制,而CR算法只是本文新算法的特例.最后,确定了非线性刚度硬化系统的稳定性界限,并给出了使新算法精度达到较高的变量s的区间.算例分析表明,在此变量区间内取值时,新算法的精度要优于纽马克常平均加速度算法和CR算法.

基于动力显式算法的镍镀层钢带成形模拟

利用LS-DYNA软件采用实体单元及动力显式算法模拟了镍镀层钢带深冲成形过程。板料与模具之间采用主从面对算法,摩擦力服从库仑摩擦定律,界面结合采用固连断开接触模型。结果表明:镀层与基体在深冲成形过程中不会出现界面失效,基体与镀层应力-应变分布以及材料流动规律大致相同,但镀层的应力-应变分布情况更复杂,表现为个别地方分布的不均匀;同时通过改变板料与模具间的摩擦因数,可减小摩擦有利于材料成形性能的改善。

焊管FFX成形初成形段显式动力仿真及实验

针对直缝焊管FFX成形过程涉及复杂的非线性问题，对Ф168mm焊管FFX成形机组初成形段建立有限元模型，利用显式动力算法对直缝焊管FFX成形过程进行仿真计算，获得了初成形段钢带的等效塑性应变分布及几何变形。结果表明，FFX成形初成形段板带各位置截面的最大等效塑性应变集中在板带边缘区域，同时发现板带截面上等效塑性应变呈“L”状分布；板带的几何变形良好，变形均匀且边部曲线平滑，无边浪和鼓包等缺陷产生。将板带各成形截面在模拟仿真中得到的开口距离与实际测量中得到的开口距离进行了对比，结果表明最大相对误差为4．49％，取得了较高吻合度，验证了有限元模型的正确性。

基于修正四次样条插值法的结构动力学显式算法

基于修正的四次样条插值算法,结合CR法的位移和速度递推式,设计了一种无条件稳定的显式新算法,新算法无超调,零振幅衰减率。精度分析表明,新算法具有二阶精度,参数α=1/2时可满足三阶精度。新算法周期延长率由调节系数X控制,X在1.0~1.2周期延长率最小。稳定性分析表明,新算法对线性系统和非线性刚度软化系统是无条件稳定的,对非线性刚度硬化系统为条件稳定,且稳定界限随系数X的增加而增大。算例分析位移时程结果验证了新算法的精度和稳定性,与理论分析结果一致。

板料成形动力显式有限元模拟

本文论述了板料成形过程计算机模拟的动力显式算法, 包括退化四节点壳单元应用、有限元计算模型建立及显式时间积分方法等,

动力显式有限元法辊弯成形全流程仿真技术研究

辊弯成形是大位移、大转动、有限应变的过程,具有复杂的非线性特征,成形规律难以通过传统“试错法”把握。为避免成形缺陷,降低开发成本,采用有限元法对辊弯成形进行全流程仿真,可以准确预测辊弯成形过程中应力-应变分布与变化规律,辅助工艺设计与产品开发。采用动力显式算法,可以缩减计算规模,避免隐式算法的迭代收敛问题等限制,容易实现大规模并行计算,减少计算时间。通过对槽型件的辊弯成形进行全流程仿真实例,验证了该方法的有效性。

压边圈夹紧及拉延成形过程动力显式有限元模拟

应用动力显式有限元方法模拟具有曲面压料面的压边圈夹紧及拉延过程时 ,在压边圈夹紧阶段 ,为克服工件高速运动时由于所受约束不足带来的惯性效应的不利影响 ,采用虚拟补实压边圈进行模拟 ;在随后的拉延阶段 ,恢复采用原来的压边圈以及冲头、凹模进行模拟 。

基于改进的显式算法对叶片模具翻转架的失效调查

为对风电叶片模具翻转架进行失效调查,使用改进的显式接触算法对翻转座进行仿真分析。首先,对翻转架进行受力计算,选中6支座中的危险部件进行实体有限元建模。模型中,基于经典显式动力学算法使用重心位置映射的方法对网格单元的间隙变量进行改进,并据此进行网格仿真,最后得到翻转座受力云图。结果显示:施加在液压缸推杆的交变载荷诱发了推杆中部的断裂,且改进算法进一步减少了单元聂动,在计算稳定性上提高13%,计算次数提高6%,为大型部件的接触计算提供理论与应用借鉴。

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。

单排球式回转支承动态力学性能研究

应用ANSYS/LS-DYNA软件建立回转支承的多体动力接触有限元模型,采用显式动力学有限元算法,综合考虑载荷和转速对回转支承的影响,对回转支承的运转过程进行数值模拟,得出了单排球式回转支承在运转过程中滚动体的动态响应、应力分布及滚道的米塞斯应力分布。并将计算结果与赫兹理论计算结果进行比较,验证了动态仿真的合理性,为回转支承的设计提供可靠的理论依据。

芯棒形式对铜管绕弯成形质量影响的仿真研究

利用仿真技术对薄壁铜管绕弯成形中圆头、关节、曲面3种形式的芯棒对弯管质量的影响进行了研究。建立了基于显示算法的铜管弯管有限元仿真模型,并对模型进行了试验验证。验证结果表明,动力显式算法仿真模型可以较好地对铜管绕弯成形过程进行模拟。利用该模型,对空调铜管弯曲成形常用的圆头芯棒、曲面芯棒和关节芯棒进行了仿真对比,分析了芯棒形式对成形关键参数——厚度减薄和截面畸变的影响。仿真分析结果表明:圆头芯棒最有利于减轻厚度减薄的情况;关节芯棒最有利于保持铜管截面形状;曲面芯棒有利于得到综合性能更好的弯管。研究结果为工程应用中芯棒形式的选择提供了理论依据。

板料拉深成形数值模拟关键算法的比较

在板料拉深成形过程的数值模拟中显式算法和隐式算法是两种主要的有限元算法。板料拉深成形是一个准静态的变形过程,静力隐式算法是比较合理又相对精确的方法,但计算费时,需要大量的计算机内存空间;动力显式算法计算效率高且占用的存储空间少。本文分别用基于静力隐式算法的软件ANSYS和基于动力显式算法的软件ANSYS/LS-DYNA模拟了板料拉深成形过程,并通过与实验值相比较,验证了模拟结果的正确性。

板料成形数值模拟有限元求解算法

正确选用有限元求解算法是成形模拟成功的关键技术之一。阐述了板料成形数值模拟的4种有限元求解算法,即静力隐式算法、动力显式算法、静力显式算法和一步成形法,并对这4种算法进行了论述和比较,介绍了其在实际中的应用,探讨了在板料成形模拟中如何选择有限元算法进行可靠、高效的有限元分析。

强震下斜交简支梁桥落梁及挡块破坏模式研究

斜交桥广泛应用于各级公路和城市道路中,墩台的非对称支承特性使得斜交桥在强震作用下比正交桥更容易发生整体或局部落梁。文章基于显式动力接触算法,建立斜交桥有限元计算模型,分析了斜交桥的落梁形态及挡块破坏模式。结果表明:斜交装配式简支梁桥的落梁会经历三个阶段:主梁与背墙以及主梁与挡块的碰撞、挡块的大变形破坏、主梁失去竖向支承产生落梁;不同地震动作用下斜交简支梁桥的落梁数量和落梁形态有一定差别,可能是全部主梁落梁或两片边主梁落梁,也可能是主梁两端同时落梁或先后落梁;落梁发生时往往伴随着挡块的严重破坏。锐角处挡块的碰撞破坏程度大于钝角处挡块的破坏程度,锐角处挡块会出现大变形破坏,而钝角处挡块不会出现大变形。

斜交装配式简支梁桥地震非均匀碰撞效应

鉴于地震作用下斜交梁桥的不规则平面旋转位移使得应用接触单元法计算斜交梁桥碰撞效应存在一定的局限性,为了探讨三向地震作用下斜交装配式简支梁桥的地震碰撞力、梁端应力和墩底应力的非均匀分布规律,提出了采用显式动力接触算法计算斜交梁桥地震碰撞效应的数值模拟方法。结果表明:斜交简支梁桥横桥向的碰撞比纵桥向的碰撞更加剧烈;桥台背墙对边主梁的碰撞力大,对中间主梁的碰撞力小;桥面两侧的梁间碰撞力大,桥面中心线的梁间碰撞力小;挡块根部受到的碰撞力大,相应部位的边主梁横向应力大;挡块端部受到的碰撞力小,相应部位的边主梁横向应力小;碰撞对台柱底部几乎没有影响,斜交梁桥的地震碰撞力分布极不均匀,总体上表现出"四角四边大,中间部位小"的特点。

基于动力显式算法的热成形数值模拟预测

考虑金属热处理相变动力学模型,建立了适用于高强度钢板热成形的热、力、相变多场耦合本构方程。基于大变形动力显式有限元算法及上述多场耦合本构方程,建立了热成形动力显式有限元方程。并将板料相变潜热释放引入到热成形温度场分析过程中。在自主开发的商业化金属成形CAE软件KMAS(King Mesh Analysis System)基础上开发了热成形动力显式分析模块,可用于预测热成形过程中零件的厚度变化、温度变化、微观组织各相的体积分数以及硬度分布。随后采用该模块对一款汽车B柱的热成形过程及最终力学性能进行数值模拟预测,并与试验结果进行对比,对比的一致性证明了所建立的多场耦合本构方程及KMAS热成形动力显式分析模块的正确性。