有限元在金屬塑性成形中的應(yīng)用

前言

　　材料成型及控制工程專業(yè)是1998年國家教育部進行專業(yè)調(diào)整時，在原鑄造專業(yè)、焊接專業(yè)、鍛壓專業(yè)及熱處理專業(yè)基礎(chǔ)上新設(shè)立的一個專業(yè)，其目的是為了改變原來老專業(yè)口徑過窄、適應(yīng)性不強的狀況。新專業(yè)強調(diào)“厚基礎(chǔ)、寬專業(yè)”，以拓寬專業(yè)面，加強學(xué)科基礎(chǔ)，培養(yǎng)出適合經(jīng)濟快速發(fā)展需要的人才?！　〉怯捎诟髟盒Ｔ械膶I(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)定位、培養(yǎng)目標不同，也導(dǎo)致在人才培養(yǎng)模式上存在較大差異。例如，一些研究型大學(xué)擔(dān)負著精英教育的責(zé)任，以培養(yǎng)科學(xué)研究型和科學(xué)研究與工程技術(shù)復(fù)合型人才為主，學(xué)生畢業(yè)以后大部分攻讀研究生，繼續(xù)深造，因此大多是以通識教育為主。而大多數(shù)教學(xué)研究型和教學(xué)型大學(xué)擔(dān)負著大眾化教育的責(zé)任，以培養(yǎng)工程技術(shù)型、應(yīng)用復(fù)合型人才為主，學(xué)生畢業(yè)以后大部分走向工作崗位，因此大多數(shù)是進行通識與專業(yè)并重的教育。而且目前我國社會和工廠企業(yè)的專業(yè)人才培訓(xùn)體系沒有完全建立起來；從人才市場來看，許多工廠企業(yè)仍按照行業(yè)特征來招聘人才。如果學(xué)生在校期間的專業(yè)課學(xué)得過少，而畢業(yè)后又不能接受繼續(xù)教育，就很難承擔(dān)用人單位的工作。因此許多學(xué)校在拓寬了專業(yè)面的同時也設(shè)置了專業(yè)方向。　　針對上述情況，教育部高等學(xué)校材料成型及控制工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會于2008年制定了《材料成型及控制工程專業(yè)分類指導(dǎo)性培養(yǎng)計劃》，共分四個大類。其中第三類為按照材料成型及控制工程專業(yè)分專業(yè)方向的培養(yǎng)計劃，按這種人才培養(yǎng)模式培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)校占被調(diào)查學(xué)校的大多數(shù)。其目標是培養(yǎng)掌握材料成形及控制工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論和專業(yè)基礎(chǔ)知識，具備解決材料成形及控制工程問題的實踐能力和一定的科學(xué)研究能力，具有創(chuàng)新精神，能在鑄造、焊接、模具或塑性成形領(lǐng)域從事設(shè)計、制造、技術(shù)開發(fā)、科學(xué)研究和管理等工作，綜合素質(zhì)高的應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才。其突出特色是設(shè)置專業(yè)方向，強化專業(yè)基礎(chǔ)，具有較鮮明的行業(yè)特色?！　∮苫瘜W(xué)工業(yè)出版社組織編寫和出版的這套“材料成型及控制工程系列規(guī)劃教材”，針對第三類培養(yǎng)方案，按照焊接、鑄造、塑性成形、模具四個方向來組織教材內(nèi)容和編寫方向。教材內(nèi)容與時俱進，在傳統(tǒng)知識的基礎(chǔ)上，注重新知識、新理論、新技術(shù)、新工藝、新成果的補充。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時、教學(xué)大綱的要求，突出重點、難點，力爭在教材中體現(xiàn)工程實踐思想。體現(xiàn)建設(shè)“立體化”精品教材的宗旨，提倡為主干課程配套電子教案、學(xué)習(xí)指導(dǎo)、習(xí)題解答的指導(dǎo)?！　∠Ｍ咎捉滩牡某霭婺軌驗榕囵B(yǎng)理論基礎(chǔ)和專業(yè)知識扎實、工程實踐能力和創(chuàng)新能力強、綜合素質(zhì)高的材料成形及加工的專業(yè)性人才提供重要的教學(xué)支持。

內(nèi)容概要

　　《有限元在金屬塑性成形中的應(yīng)用》主要論述了有限元在金屬塑性成形中的應(yīng)用及相關(guān)知識。具體內(nèi)容包括：金屬塑性成形塑性力學(xué)基礎(chǔ)，彈塑性有限元理論基礎(chǔ)及應(yīng)用，板料沖壓成形數(shù)值模擬，剛塑性有限元理論基礎(chǔ)與應(yīng)用，體積成形有限元數(shù)值模擬?！　　队邢拊诮饘偎苄猿尚沃械膽?yīng)用》可供高校材料成型及控制工程專業(yè)與材料加工工程專業(yè)的本科生、研究生使用，也可供機械、造船等企業(yè)的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

　　第1章 緒論　　1.1 有限元方法的發(fā)展歷史　　1.1.1 板料成形有限元技術(shù)發(fā)展　　1.1.2 體積成形有限元技術(shù)發(fā)展　　1.2 有限元商業(yè)軟件簡介　　1.2.1 LS-DYNA　　1.2.2 Marc軟件　　1.2.3 DEFORM軟件　　1.2.4 ABAQUS軟件　　1.2.5 PAM.STAMP軟件　　　　第2章 金屬塑性成形塑性力學(xué)基礎(chǔ)　　2.1 金屬塑性變形問題　　2.1.1 塑性變形的基本形式　　2.1.2 塑性及塑性指標　　2.1.3 影響塑性變形的主要因素　　2.2 求和約定與張量　　2.2.1 角標記號法　　2.2.2 求和約定　　2.2.3 克氏符號　　2.2.4 張量　　2.3 應(yīng)力分析與應(yīng)變　　2.3.1 點的應(yīng)力狀態(tài)分析　　2.3.2 應(yīng)力平衡方程　　2.3.3 應(yīng)變與位移的關(guān)系　　2.3.4 點的應(yīng)變狀態(tài)分析　　2.4 平面應(yīng)力與平面應(yīng)變問題　　2.4.1 平面應(yīng)力問題　　2.4.2 平面應(yīng)變問題　　2.5 屈服準則與應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系　　2.5.1 彈性變形時應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系　　2.5.2 Mises屈服準則　　2.5.3 增量理論與全量理論　　2.5.4 材料的真實應(yīng)力應(yīng)變曲線　　　　第3章 彈塑性有限元理論基礎(chǔ)及應(yīng)用　　3.1 有限元基本方法　　3.1.1 簡例.桁架結(jié)構(gòu)分析　　3.1.2 有限元法解題步驟　　3.2 線性問題有限元法　　3.2.1 平面問題　　3.2.2 軸對稱問題　　3.3 非線性問題有限元方法　　3.3.1 非線性問題概述　　3.3.2 材料本構(gòu)關(guān)系　　3.4 單元技術(shù)　　3.4.1 單元種類　　3.4.2 單元劃分技術(shù)　　3.4.3 網(wǎng)格自適應(yīng)優(yōu)化方法　　3.5 板料成形有限元方程求解算法　　3.5.1 動態(tài)顯式算法和靜態(tài)隱式算法　　3.5.2 動態(tài)顯式算法與靜態(tài)隱式算法的比較　　3.6 材料模型　　3.6.1 影響材料成形性能的因素　　3.6.2 材料的成形極限圖　　3.6.3 沖壓成形CAE分析常用材料模型　　　　第4章 板料沖壓成形數(shù)值模擬　　4.1 板料沖壓成形CAE分析的一般步驟　　4.2 DYNAFORM軟件的基本模塊主要功能　　4.2.1 前置處理　　4.2.2 有限元求解計算　　4.2.3 后置處理　　4.3 板料沖壓成形缺陷　　4.4 成形極限圖　　4.5 DYNAFORM軟件的FLD功能模塊　　4.6 汽車零件的拉深成形數(shù)值模擬　　4.6.1 前置處理　　4.6.2 快速設(shè)置　　4.6.3 利用ETA／Post進行后處理分析　　4.7 管件的液壓脹形成形數(shù)值模擬　　4.7.1 進行T形管件液壓成形模擬試驗　　4.7.2 自動設(shè)置　　4.7.3 提交LS-DYNA求解器求解計算　　4.7.4 后置處理　　　　第5章 剛塑性有限元理論基礎(chǔ)及應(yīng)用　　5.1 剛塑性變形問題　　5.1.1 剛塑性變形的邊值問題　　5.1.2 Markov變分原理　　5.1 13拉格朗日乘子法　　5.1.4 罰函數(shù)法　　5.1.5 可壓塑性法　　5.2 剛塑性有限元　　5.2.1 離散化　　5.2.2 拉格朗日乘子法求解式　　5.2.3 罰函數(shù)法　　5.3 平面問題和軸對稱問題　　5.3.1 維單元　　5.3.2 剛度方程　　5.3.3 整體剛度方程　　5.4 數(shù)值模擬關(guān)鍵技術(shù)　　5.4.1 接觸應(yīng)力邊界條件處理　　5.4.2 速度約束條件的引入　　5.4.3 初始狀速度場及剛性區(qū)　　5.4.4 動態(tài)接觸邊界的自動處理技術(shù)　　5.5 剛塑性有限元模擬分析步驟　　5.5.1 增量變形分析方法　　5.5.2 模擬分析步驟　　　　第6章 體積成形有限元數(shù)值模擬　　6.1 單元自適應(yīng)技術(shù)　　6.1.1 單元自適應(yīng)加密技術(shù)　　6.1.2 單元重劃分　　6.2 DEFORM軟件　　6.2.1 簡介　　6.2.2 前處理　　6.2.3 分析求解　　6.2.4.后處理　　6.3 鍛造過程模擬實例　　6.3.1 螺旋傘齒輪的鍛造工藝　　6.3.2 鍛造過程前處理　　6.3.3 進行模擬運算及后處理　　6.4 滾壓過程模擬實例　　6.4.1 溫滾壓工藝　　6.4.2 溫滾壓模擬方案設(shè)計　　6.4.3 溫滾壓模擬過程　　6.4.4 模擬結(jié)果與分析　　參考文獻

章節(jié)摘錄

　　Courant第一次應(yīng)用定義在三角區(qū)域上的分片連續(xù)函數(shù)和最小位能原理來求解圣維南（St.Venant）扭轉(zhuǎn)問題?，F(xiàn)代有限元法的第一個成功的嘗試是在1956年，Turner、Clough等在分析飛機結(jié)構(gòu)時，將鋼架位移法推廣應(yīng)用于彈性力學(xué)平面問題，給出了用三角形單元求得平面應(yīng)力問題的正確答案，故當(dāng)時稱為直接剛度法。1960年，Clough進一步處理了平面彈性問題，并第一次提出了“有限單元法”（finite element method，F(xiàn)EM），使人們認識到它的功效。1963年，Melosh認識到，有限元法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是變分原理，是一種基于變分原理的分片的Ritz法，這就奠定了有限元的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)。后來人們發(fā)現(xiàn)，早在1943年，Courant就曾采用變分原理和分片插值的方法求解了圣維南扭轉(zhuǎn)問題，只是由于當(dāng)時計算機尚未出現(xiàn)，Courant的論文未能得到重視。我國學(xué)者曾在這一方面做出過杰出貢獻，胡海昌于1954年提出了后來稱為Hu.Washizu變分原理的三類變量彈性力學(xué)廣義變分原理，該變分原理是多變量有限元的理論基礎(chǔ)。馮康于1965年提出了基于變分原理的差分格式，實質(zhì)上就是有限元方法。遺憾的是，限于當(dāng)時的學(xué)術(shù)交流環(huán)境，這兩篇論文均只在國內(nèi)發(fā)表，當(dāng)時未能引起國際同行注意。我國著名力學(xué)家、教育家徐芝綸院士（河海大學(xué)教授）首次將有限元法引入我國，對它的應(yīng)用起了很大的推動作用?！　≡缙诘挠邢拊ń⒃谔摴υ砗妥钚菽茉砘A(chǔ)上，隨著認識的加深，各國學(xué)者們建立了基于不同變分原理的有限元法。從20世紀70年代到80年代中期，有限元法向著深度和廣度發(fā)展，有限元基本理論和方法已發(fā)展成熟，有限元分析方法從最早的結(jié)構(gòu)化矩陣分析，逐步推廣到板、殼、實體等連續(xù)體固體力學(xué)分析。隨后的研究致力于高精度單元、板殼單元、非線性問題的迭代求解方法、適用于新型材料的有限元法、多尺度有限元法和多場耦合等問題的研究。近年來有限元法已經(jīng)發(fā)展到流體力學(xué)、溫度場、電傳導(dǎo)、磁場、滲流和聲場等問題的求解計算，以及求解一些交叉學(xué)科的問題?！　?0世紀80年代后半期到現(xiàn)在，一方面，在理論上，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，線性理論已經(jīng)遠遠不能滿足設(shè)計的要求，例如建筑行業(yè)的高層建筑和大跨度旋索橋的出現(xiàn)，就要求考慮結(jié)構(gòu)的大位移和大應(yīng)變等幾何非線性問題；航天和動力工程的高溫部件存在熱變形和熱應(yīng)力，也要考慮材料的非線性問題；塑料、橡膠和復(fù)合材料等各種新型材料的出現(xiàn)，僅線性計算理論已經(jīng)不足以解決遇到的問題，只有采用非線性有限元法才能解決。在有限元的傳統(tǒng)領(lǐng)域固體力學(xué)中，非線性有限元逐漸成熟，同時在其他領(lǐng)域，比如壓電分析、電磁場分析方面也取得了長足的進展。另一方面，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和軟件工程的興起，大型商用有限元軟件在更好的人機界面、更強的分析功能、更直觀結(jié)果的顯示方面取得了長足的進步，并日益和計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件集成在一起，給工程設(shè)計帶來巨大的變革。為了提高有限元解決實際工程問題的效率，前置建模及網(wǎng)格劃分和后置數(shù)據(jù)處理已經(jīng)越來越受到重視。工程師在分析計算一個工程問題時有800石以上的精力會花在數(shù)據(jù)準備和結(jié)果分析上。

圖書封面

評論、評分、閱讀與下載

---

    有限元在金屬塑性成形中的應(yīng)用 PDF格式下載

---