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。

实体单元在变薄拉深成形模拟及工艺参数优化中的应用

采用黏性阻尼沙漏控制算法,开发了单点积分的八节点六面体单元的有限元动力显式算法程序,用于模拟厚钣金件的变薄拉深成形过程。详细讨论了变薄系数R、模具与坯料间的摩擦因数μ,以及凹模锥角α对最大成形力的影响。模拟结果表明:通过对工艺参数R、α和μ的优化,选取适当的工艺参数值,可以获得较小的最大成形力,从而有效地减少模具磨损,延长模具寿命。

纪念币压印成形模拟系统CoinForm

开发了纪念币压印成形专用有限元分析系统CoinForm,设计了单点积分的实体单元有限元动力显式程序。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,相比其它的沙漏控制算法,如刚度法以及采用稳定化矩阵求解沙漏力等算法,节省了大量计算时间。同时,沿坯饼厚向划分多层网格、三维的本构关系、径向返回算法以及自适应网格加密算法,使得本系统可以精确获取坯饼的应力应变分布。通过与DEFORM-3D 5.0模拟软件的模拟结果对比,纪念币的压印成形模拟实例验证了CoinForm系统的准确性和高效性。

数值流形方法无自锁和沙漏问题的一种单点积分策略

凭借切割运算,数值流形方法(NMM)可通过最简单的规则网格处理任意形状的问题域然而,这通常会生成很多低阶的、形状不规则的单元。因此NMM不但需要大量积分点,而且在几乎不可压缩和弯曲变形占优时常常存在自锁现象.为解决上述问题,本研究将建立一个数值稳定的单点积分策略.通过单元的矩,该策略将单元虚功分解为零阶主项和高阶稳定项,进一步通过修正高阶稳定项中的球应变部分和剪切应变部分,达到克服体积自锁和剪切自锁的目的,并用始终非零的稳定项克服沙漏变形.除了积分点更少外,新方法不存在体积自锁、剪切自锁和沙漏模式,因而也具有更高精度.文中数值算例验证了新规则的鲁棒性和精度提升.

实体壳单元在板料成形及回弹模拟中的应用

开发了基于实体壳单元的动力显式及隐式程序,模拟了板料成形及回弹过程.该实体壳单元具备如下特性:考虑厚度变化的双面接触判断精确模拟了板材厚向挤压变形;采用厚向多点积分方式求解内力,精确地描述了弯曲效应,回弹预测更为准确;面内减缩积分有效抑制了剪切闭锁与体积闭锁;黏性阻尼沙漏控制算法克服了面内减缩积分激活的零能模式;采用改进的平面应力本构模型且结合希尔二次异性屈服准则,使得实体壳单元同时获得实体单元和壳单元的特性,非常适合于非线性大变形有限元分析.给出了几个算例验证单元的有效性及程序的稳健性,并与实验结果及相关文献中的模拟结果进行了比较.