材料成型的数值模拟.ppt

材料成型数值模拟;第一讲材料成形数值模拟概述;第一讲材料成形数值模拟概述;塑性加工研究的两类方法;虚拟制造

;塑性加工工艺特点

;塑性加工工艺模拟分析方法

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——汽车传动系统锻件的飞边余量

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——汽车传动系统锻件的飞边余量

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某汽车传动系统锻件的

飞边余量原来占到总重;计算机模拟促进了热加工节能降耗，还保证了产品质量;国家体育馆空间结构梁焊接变形

隔板66;perature(°C)Temp;核电装备堆内构件应力槽计算;isplacement(mDi;真空高压气淬炉流场温度场模拟;第一讲材料成形数值模拟概述;宏观--微观

多物理场耦合

数值模拟在特种成成形中的应用范围不断拓宽

基础性研究增大

反向模拟技术

模拟软件

协同工作

模拟结果与设备控制的关联;第一讲材料成形数值模拟概述;1.教材：

傅建主编.材料成形过程数值模拟.化学工业出版社，2009;3.教学软件：

Deform

Dynaform

Marc;第二讲有限元与有限差分法基础;“有限元法”的基本思想早在20世纪40年代初期就有人提出，但真正用于工程中则是电子计算机出现以后。

“有限元法”这一名称是1960年美国的克拉夫（Clough，R.W.）在一篇题为“平面应力分析的有限元法”论文中首先使用。此后，有限元法的应用得到蓬勃发展。

到20世纪80年代初期国际上较大型的结构分析有限元通用程序多达几百种，从而为工程应用提供了方便条件。由于有限元通用程序使用方便，计算精度高，其计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据。;有限元法最初用于飞机结构的强度设计，由于它在理论上的通用性，因而它可用于解决工程中的许多问题。

目前，它可以解决几乎所有的连续介质和场的问题，包括热传导、电磁场、流体动力学、地质力学、原子工程和生物医学等方面的问题。

机械设计中，从齿轮、轴、轴承等通用零部件到机床、汽车、飞机等复杂结构的应力和变形分析（包括热应力和热变形分析）。

有限元法不仅可以解决工程中的线性问题、非线性问题，而且对于各种不同性质的固体材料，如各向同性和各向异性材料，粘弹性和粘塑性材料以及流体均能求解；

对于工程中最有普遍意义的非稳态问题也能求解。;2.1有限元法基础;为什么要离散？;有限元分析的过程;1.连续体离散化;单元的划分基本上是任意的，一个结构体可以有多种划分结果。但应遵循以下划分原则：

(1)分析清楚所讨论对象的性质，例如，是桁架结构还是结构物，是平面问题还是空间问题等等。

(2)单元的几何形状取决于结构特点和受力情况，单元的几何尺寸(大小)要按照要求确定。一般来说，单元几何形体各边的长度比不能相差太大。

(3)有限元模型的网格划分越密，其计算结果越精确，但计算工作量就越大。因此，在保证计算精度的前提下，单元网格数量应尽量少。

(4)在进行网格疏密布局时，应力集中或变形较大的部位，单元网格应取小一些，网格应划分得密一些，而其他部分则可疏一些。;(5)在设计对象的厚度或者弹性系数有突变的情况下，应该取相应的突变线作为网格的边界线；

(6)相邻单元的边界必须相容，不能从一单元的边或者面的内部产生另一个单元的顶点。

(7)网格划分后，要将全部单元和节点按顺序编号，不允许有错漏或者重复。

(8)划分的单元集合成整体后，应精确逼近原设计对象。原设计对象的各个顶点都应该取成单元的顶点。

所有网格的表面顶点都应该在原设计对象的表面上。所有原设计对象的边和面都应被单元的边和面所逼近。;有限元分析模型图例;2.单元分析;2.单元分析(2);3.整体分析;4.确定约束条件;5.有限元方程求解;(1)位移法

以节点位移作为基本未知量，通过选择适当的位移函数，进行单元的力学特性分析。在节点处建立单元刚度方程，再组合成整体刚度矩阵，求解出节点位移后，进而由节点位移求解出应力。

位移法优点是比较简单，规律性强，易于编写计算机程序。所以得到广泛应用，其缺点是精度稍低。

(2)力法

以节点力作为基本未知量，