边界元法和ANSYS简介
边界元法在复合材料界面分离问题中的应用
边界元法在复合材料界面分离问题中的应用复合材料界面分离问题是指复合材料结构中各个层之间的界面分离。
它影响着复合材料结构的性能，因此已成为复合材料研究的热点。
然而，在各种复杂的介质环境下，如何准确地预测复合材料界面的分离值尚未得到解决。
近年来，边界元法（BEM）在此领域中得到了广泛的应用，引发了广泛的研究兴趣。
1. 什么是边界元法边界元法（BEM）是用于解决复杂物理系统的局部化数值方法，是单元（即网格或面）空间分析的一种数学模型。
它将复杂的物理问题的分析方法归纳为少数的基本问题，是一种快速准确的数值计算方法。
2. 边界元法在复合材料界面分离问题中的应用边界元法在复合材料的界面分离问题中具有广泛的应用。
首先，BEM 可以模拟结构中界面分离应变形态，以获得界面分离区域的位置。
其次，BEM还可以计算结构界面分离失效所受各种外力，碰撞力等，以及它们驱动的界面剥离。
最后，通过边界元法可以进一步获取界面分离失效的详细过程，以获得更加准确的结果。
3. 边界元法的优势一般来说，边界元法具有以下优势：（1）在边界元方法中，边界元可以直接得到无源域的精确解，因此，在计算界面分离失效时，可以得到更准确的结果。
（2）边界元法可以根据界面分离的不同类型自动重新形成网格，以满足界面分离中复杂的边界条件。
（3）边界元法具有优良的数值性能，收敛快而准确，具有较高的计算效率。
4. 结论可以看出，边界元法在复合材料界面分离问题中表现出了出色的效果。
边界元法的优势在于其准确度和计算效率。
它可以为复杂的复合材料界面分离问题在分析中提供更多的实用方法。
有限元基本理论和ANSYS入门
▪ 壳 四边形
SHELL93,SHELL63,SHELL41,SHELL43,SHELL181 轴对称 SHELL51,SHELL61 层 SHELL91,SHELL99 剪切板 SHELL28 P单元 SHELL150
3. 自由度（Degree Of Freedom）
上面提到节点具有某种程度的自由度，以表示工 程系统受到外力后的反应结果。要知道节点的 自由度数，请查看ANSYS自带的帮助文档 （Help/Element Refrence），那里有每种元素 类型的详尽介绍。
有限元基本理论和 ansys入门
有限元法的基本构架
目前在工程领域内常用的数值模拟方法有
▪ 有限元法 ▪ 边界元法 ▪ 离散单元法 ▪ 有限差分法
有限单元法：它的基本思想是将所求的工程 系统转化成一个由节点（node）和元素 （element）组成的有限元系统，把问题的 求解域划分为一系列的单元，单元之间仅 靠节点相连。有限元系统可以用数学模型 来表示，通过设置边界条件（约束条件、 外力负载）求解数学模型得到该有限元系 统的解，并由节点和元素表现出来。
▪ 元素种类（element type）
数量：约150种 格式：说明文字＋编号，如plane42，plane48等 使用：根据具体问题分析来决定采用哪种元素，详细可参考
▪ 2. 施加载荷并求解
▪ 1） 施加载荷及设定约束条件 ▪ 2） 求解
▪ 3. 查看结果
▪ 1） 查看分析结果 ▪ 2） 检查结果是否正
前处理
▪ 问题分析 ▪ 设置元素属性 ▪ 建立实体模型 ▪ 建立有限元元素模型
问题分析
以2D线性的静力分析为例 例：一个支架，左端固定，厚度10mm，材料为钢，支架上
▪ 例1：固定端杆件受到外力F1及F2的力，如
ansys功能及其简介
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE 工具之一。
CAE的技术种类CAE的技术种类有很多，其中包括有限元法(FEM,即Finite Element Method),边界元法(BEM,即Boundary Element Method)，有限差法(FDM,即Finite Difference Element Method)等。
每一种方法各有其应用的领域，而其中有限元法应用的领域越来越广，现已应用于结构力学、结构动力学、热力学、流体力学、电路学、电磁学等。
ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。
因此它可应用于以下工业领域：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。
软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。
前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。
软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。
该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。
边界元法-详解
边界元法-详解边界元法（boundary element method）目录• 1 什么是边界元法• 2 边界元法的特点• 3 边界元法的发展• 4 相关条目什么是边界元法边界元法是一种继有限元法之后发展起来的一种新数值方法，与有限元法在连续体域内划分单元的基本思想不同，边界元法是只在定义域的边界上划分单元，用满足控制方程的函数去逼近边界条件。
所以边界元法与有限元相比，具有单元个数少，数据准备简单等优点。
但用边界元法解非线性问题时，遇到同非线性项相对应的区域积分，这种积分在奇异点附近有强烈的奇异性，使求解遇到困难。
边界元法的特点边界元法是在有限元法之后发展起来的一种较精确有效的方法。
又称边界积分方程-边界元法。
它以定义在边界上的边界积分方程为控制方程，通过对边界分元插值离散，化为代数方程组求解。
它与基于偏微分方程的区域解法相比，由于降低了问题的维数，而显著降低了自由度数，边界的离散也比区域的离散方便得多，可用较简单的单元准确地模拟边界形状，最终得到阶数较低的线性代数方程组。
又由于它利用微分算子的解析的基本解作为边界积分方程的核函数，而具有解析与数值相结合的特点，通常具有较高的精度。
特别是对于边界变量变化梯度较大的问题，如应力集中问题，或边界变量出现奇异性的裂纹问题，边界元法被公认为比有限元法更加精确高效。
由于边界元法所利用的微分算子基本解能自动满足无限远处的条件，因而边界元法特别便于处理无限域以及半无限域问题。
边界元法的主要缺点是它的应用范围以存在相应微分算子的基本解为前提，对于非均匀介质等问题难以应用，故其适用范围远不如有限元法广泛，而且通常由它建立的求解代数方程组的系数阵是非对称满阵，对解题规模产生较大限制。
对一般的非线性问题，由于在方程中会出现域内积分项，从而部分抵消了边界元法只要离散边界的优点。
边界元法的发展经过近40年的研究和发展，边界元法已经成为一种精确高效的工程数值分析方法。
在数学方面，不仅在一定程度上克服了由于积分奇异性造成的困难，同时又对收敛性、误差分析以及各种不同的边界元法形式进行了统一的数学分析，为边界元法的可行性和可靠性提供了理论基础。
ANSYS介绍及对计算的意义
ANSYS介绍及对计算的意义1．引言ANSYS是一种融结构、热、流体、电磁和声学于一体的大型通用有限元软件，广泛应用于水利、铁路、汽车、造船、流体分析等工业领域，可在微机或工作站上运行，能够进行应力分析、热分析、流场分析、电磁场分析等多物理场分析及耦合分析，并且具有强大的前后处理功能。
ANSYS的流场分析求解模块FLOTRAN 基于能量守恒、质量守恒和动量守恒,能求解流场速度、压力、温度分布等参数。
利用ANSYS软件对干气密封面结构处的流场进行仿真分析，能够为干气密封面结构的合理设计提供理论依据[01]。
ANSYS公司成立于1970年，总部设在美国的宾夕法尼亚洲，目前是世界CAE 行业中最大的公司。
其创始人John Swanson博士为匹兹堡大学力学教授、有限元界权威。
在30多年的发展过程中，ANSYS不断改进提高，功能不断增强，目前最新的版本已发展到10.0版本，本文分析使用的是ANSYS 8.0。
2． ANSYS简介1970年成立的美国ANSYS公司是世界CAE行业最著名的公司之一，长期以来一直致力于设计分析软件的开发、研制，其先进的技术及高质量的产品赢得了业界的广泛认可。
在我国，ANSYS用户也越来越多，三峡工程、二滩电站、黄河下游特大型公路斜拉桥、国家大剧院、浦东国际机场、上海科技城太空城、深圳南湖路花园大厦等在结构设计时都采用了ANSYS作为分析工具[02]。
ANSYS的界面非常友好，有些类似于AUTOCAD，其使用方法也和AUTOCAD有相似的地方：GUI方式和命令流方式。
GUI(Graphical User Interface)方式即通过点击菜单项，在弹出的对话框中输人参数并进行相应设置从而进行问题的分析和求解：命令流方式是指在ANSYS的命令流输入窗口输入求解所需的命令，通过执行这些命令来实现问题的解答。
GUI方式较容易掌握，但是在熟悉了ANSYS的命令之后，使用命令流方式要比GUI方式效率高出许多[03]。
热仿真使用的方法
热仿真使用的方法1. 热仿真简介热仿真是一种通过计算机模拟和分析热传导、传热、温度分布等热学问题的方法。
它可以帮助工程师和设计师在产品设计和工艺优化中预测和改进热性能，提高产品的可靠性和效率。
2. 热仿真的应用领域热仿真广泛应用于各个工程领域，包括电子器件、汽车工业、航空航天、建筑设计等。
以下是一些常见的应用领域：2.1 电子器件在电子器件设计中，热仿真可以帮助优化散热系统以确保器件在正常工作温度范围内运行。
通过模拟器件的温度分布，可以确定是否需要增加散热片或风扇来降低温度。
2.2 汽车工业在汽车工业中，热仿真可以用于设计发动机冷却系统、制动系统和空调系统等。
通过模拟流体流动和传热过程，可以预测不同工况下的温度分布和传热效率，从而优化系统设计。
2.3 航空航天在航空航天领域，热仿真可以用于设计飞机发动机的冷却系统、隔热材料和热防护结构。
通过模拟高温环境下的热传导和辐射过程，可以评估材料的性能并改进设计。
2.4 建筑设计在建筑设计中，热仿真可以用于评估建筑物的能源效率和室内舒适性。
通过模拟建筑物的热传导、太阳辐射和空气流动，可以优化保温材料、窗户设计和通风系统等。
3. 热仿真方法热仿真方法包括数值方法和实验方法两种主要方式。
下面将详细介绍这两种方法及其常见的应用。
3.1 数值方法数值方法是基于数学模型和计算机算法进行热仿真分析的一种方法。
常见的数值方法包括有限元法（Finite Element Method, FEM）、有限差分法（Finite Difference Method, FDM）和边界元法（Boundary Element Method, BEM）等。
3.1.1 有限元法（FEM）有限元法是一种将连续物体离散化为有限个单元进行计算的方法。
它将物体划分为小的几何单元，并在每个单元内建立方程来描述热传导过程。
通过求解这些方程，可以得到整个系统的温度分布和传热性能。
有限元法适用于复杂几何形状和边界条件的问题，如电子器件散热、建筑物热传导等。
ANSYS详细全介绍
ANSYS详细全介绍ANSYS详细全介绍开放、灵活的仿真软件，为产品设计的每一阶段提供解决方案通用仿真电磁分析流体力学行业化分析模型建造设计分析多目标优化客户化结构分析解决方案结构非线性强大分析模块Mechanical显式瞬态动力分析工具LS-DYNA新一代动力学分析系统AI NASTRAN电磁场分析解决方案流体动力学分析行业化分析工具设计人员快捷分析工具仿真模型建造系统多目标快速优化工具CAE客户化及协同分析环境开发平台ANSYS StructureANSYS Structure 是ANSYS产品家族中的结构分析模块，她秉承了ANSYS家族产品的整体优势，更专注于结构分析技术的深入开发。
除了提供常规结构分析功能外，强劲稳健的非线性、独具特色的梁单元、高效可靠的并行求解、充满现代气息的前后处理是她的四大特色。
ANSYS Structure产品功能非线性分析几何非线性?材料非线性?接触非线性?单元非线性动力学分析模态分析- 自然模态- 预应力模态- 阻尼复模态- 循环模态瞬态分析- 非线性全瞬态- 线性模态叠加法响应谱分析- 单点谱- 模态- 谐相应- 单点谱- 多点谱谐响应分析随机振动叠层复合材料?非线性叠层壳单元?高阶叠层实体单元特征- 初应力- 层间剪应力- 温度相关的材料属性- 应力梯度跟踪- 中面偏置图形化- 图形化定义材料截面- 3D方式察看板壳结果- 逐层查看纤维排布- 逐层查看分析结果Tsai-Wu失效准则求解器迭代求解器- 预条件共轭梯度(PCG)- 雅可比共轭梯度(JCG)- 非完全共轭梯度(ICCG)自然模态直接求解器- 稀疏矩阵- 波前求解器特征值- 分块Lanczos法- 子空间法- 凝聚法- QR阻尼法(阻尼特征值)并行求解器分布式并行求解器-DDS-自动将大型问题拆分为多个子域，分发给分布式结构并行机群不同的CPU（或节点）求解- 支持不限CPU数量的共享式并行机或机群- 求解效率与CPU个数呈线性提高代数多重网格求解器-AMG- 支持多达8个CPU的共享式并行机- CPU每增加一倍，求解速度提高80％- 对病态矩阵的处理性能优越, ,屈曲分析线性屈曲分析非线性屈曲分析热循环对称屈曲分析断裂力学分析应力强度因子计算J积分计算裂纹尖端能量释放率计算大题化小单元技术子结构分析技术子模型分析技术设计优化- 子空间迭代法- 一阶法多种辅助工具- 随机搜索法- 等步长搜索法- 乘子计算法- 最优梯度法- 设计灵敏度分析拓扑优化二次开发特征?ANSYS参数化设计语言(APDL) ?用户可编程特性（UPF）用户界面设计语言(UIDL) ?专用界面开发工具（TCL/TK）外部命令概率设计系统(PDS)十种概率输入参数参数的相关性两种概率计算方法- 蒙特卡罗法*直接抽样* Latin Hypercube抽样- 响应面法*Box-Behnken设计支持分布式并行计算可视化概率设计结果- 输出响应参数的离散程度*Statistics* LHistogram* Sample Diagram- 输出参数的失效概率* Cumulative Function* Probabilities- 离散性灵敏度*Sensitivities* Scatter Diagram* Response Surface前后处理(AWE) ?双向参数互动的CAD接口?智能网格生成器各种结果的数据处理?各种结果的图形及动画显示?全自动生成计算报告支持的硬软件平台?Compaq Tru64 UNIX ?Hewlett-Packard HP-UXIBM RS/6000 AIXSilicon Graphics IRIXSun SolarisWindows: 2000,NT,XPLinuxANSYS MultiphysicsTM MultiphysicsANSYS MultiphysicsTM集结构、热、计算流体动力学、高/低频电磁仿真于一体，在统一的环境下实现多物理场及多物理场耦合的仿真分析；精确、可靠的仿真功能可用于航空航天、汽车、电子电气、国防军工、铁路、造船、石油化工、能源电力、核工业、土木工程、冶金与成形、生物医学等各个领域，功能强大的各类求解器可求解从冷却系统到发电系统、从生物力学到MEMS等各类工程结构。
Ansys有限元分析全面介绍
后处理模块
将计算结果以图表、 曲线、云图等形式 显示或输出。gital Content & Contents mall developed by .
ANSYS介绍
ANSYS有限元分析过程主要包括三个步骤：
ANSYS介绍
求解的类型和求解器的类型
材料库，可从中选择和设置工 程材料
几何建模工具或导入外部几何 模型
ANSYS介绍
ANSYS介绍
Mechanical界面 大部分前处理，求解 及后处理都在这里实现
自带几何画图模块 DesignModeler
预处理模块
The提供了一个实 体建模、网格划分、 定义边界约束及载 荷工具。 all developed by
分析计算模块
结构、流体动力 学、电磁场、声场、 压电及多物理场耦 合分析，以及灵敏 度分析及优化分析 能力。gn Digital c.
CAE与有限元
CAE
FEM
BEM
边界元法（Boundary Element Method）
SEA
统计能力分析 （Statistical Energy Analysis）
FDM
有限差分法（Finite Difference Element Method）
有限元法的理论基础
胡克定律：F=K ・U K--弹簧系数 U--伸长量，位移
几何模型材料赋予、网格设置 与划分平台 求解计算有限元分析模型
完成应力分布、位移响应等云 图的显示 分析结果，即完成分析的结果
ANSYS介绍
前处理过程模拟举例
F
材料库
ANSYS介绍--零件材料库
七大类材料库，分别 适用于不同分析类型
每种材料库中软件 提供了丰富的材料
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浅谈边界元法及ANSYS简介摘要本文先从边界元法的起源和发展及数学分析的角度对其作了简要的介绍，然后又结合国际上目前比较先进的边界元快速算法指明边界元的特点，并且列举了常见的几类边界元法；讨论了铸件锻造模拟技术与方法，举例说明数值模拟在大锻件中的最优解问题；最后又介绍了ANSYS软件的特点和使用方法，并列举了其在材料力学教学和研究中的一些应用。
关键词边界元法数值模拟 ANSYSAbstract This paper begins with the perspective of the origin and development and mathematical analysis of the boundary element method for its brief introduction, and then combined with the current advanced international fast algorithm about boundary element ,and cited the common types of boundary element method; discussed forging simulation techniques and methods of casting, numerical simulations illustrate the optimal solution of the problem in large forgings; finally describing the characteristics and use of ANSYS software, and cited its teaching and research in mechanics of materials in some applications.Key words boundary element method numerical simulations ANSYS1.边界元法1．1边界元法的起源与发展边界元法又称为边界积分方程法(Boundary Integral Equation Method),它以定义在边界上的边界积分方程为控制方程,通过对边界上离散单元的插值计算,将边界积分方程化为线性代数方程组进行求解。
1978 年 Brebbia使用加权余量法推导出了边界积分方程,并指出加权余量法是最普遍的数值方法,如果以 Kelvin 解作为加权函数,从加权余量法中导出的将是边界积分方程,从而初步形成了边界元法的理论体系,标志着边界元法进入系统性研究时期。
1905 年Fredholm 首先将积分方程应用于弹性力学问题,Fredholm 积分方程是通过以单层势和双层势为主要变量的调和位势发展而来的,将其进一步发展便可形成所谓的间接边界元法。
1929 年 Kellogg 巧妙的将 Fredholm 积分方程用于求解位势问题。
20 世纪40 年代末,积分方程已经发展到能处理具有第一类边界条件的特殊问题,随着一些学者对积分方程尤其是奇异积分方程理论作了更为深入的研究。
60 年代初,Jaswon 和 symm将积分方程应用于位势问题的求解,积分方程作为数值计算方法开始尝试应用于实际问题,为边界元法的形成开辟了道路。
可用于实际问题计算的边界元法正式建立于 70 年代,南安普顿大学的 Watson【1】和Lachat【2】的两篇博士论文奠定了边界元法的基础,详细阐述了边界元法的计算原理和数值过程,并于 1976 年将边界元法应用到了弹性静力学的三维问题中,解决了边界积分方程的奇异性困难。
1978 年,Cruse将边界元法成功应用于二维线弹性断裂力学问题的求解。
同年,Brebbia出版了有关边界元法的首本专著《The Boundary Element Method for Engineers》,系统阐述了边界元法在各类物理领域的发展与应用,从而边界元法的名称也被正式沿用。
从此以后,边界元法得到了国内外学者的广泛关注,并将其发展应用到固体力学、流体力学、弹性动力学、热传导、电磁场以及声学等领域，为工程实际问题的数值计算做出了极大的贡献。
边界元法在我国的研究与应用始于上世纪70年代末,杜庆华院士和姚振汉教授对我国的边界元法研究与发展发挥了极为重要的推动作用,使得国内边界元法的科研水平基本上与国际同步。
1.2边界元法的数学分析边界元法只需将区域的边界分割成边界单元，使所考虑问题的维数降低一维，即可把三维问题转变成二维问题、将二维问题转变成一维问题来处理。
因此，与对整个区域进行分割的区域型解法（有限差分法(FDM) 和有限单元法(FEM)）相比，它具有输入数据少，计算时间短等优点，因此，特别适用于无限域问题和三维问题。
图1 边界元法的区域分割图示边界元法通常有两种解答: 间接解与直接解 。
无论那种解答都与基本解有密切关系。
为此, 我们阐明关于基本解的理论。
基本解的物理意义是:单位集中源所产生白俩,就是未知场(未知函数)的基本解。
换句话说,基本解是一个函数,它代表了单位集中源所产生的场。
正因为如此,我们又称基本解是点源函数。
对于任何一个二二程、物理中的场问题,通常.总是通过已知的边界条件和物理规律(由数学方程来表达)寻求末知函数(场)。
例如,对于弹性体静力学问题,我们是在已知的外力和约束条件下,利用弹性力学的理论寻求弹性体的位移场和应力场;对于热传导问题，则是在已知的热源以及其他边界条件下,利用热力学规律,求解物体内部的温度场;对于静电场问题,则是在已知电源以及其他边界条件下,利用静电场的基本规律,求解电位场等等。
如果把外力、热源、电源等从其他条件中抽出来,并且概括地称为源,那么,在既定的物理规律和边界条件之下,一定的源就产生一定的场。
而基本解就是单位集中源产生的场。
有了基本解,就可以利用迭加原理把任何源所产生的场求出来,从而解决了我们所需要解决的问题。
由于叠加原理只在线性算子的条件卞才成立,所以用以反映物理规律的数学程必须是线性的。
根据迭加原理,多个集中源所产生的场应等于各个集中源所产生的场的总和。
如果是分布源,则其相应的场应等于按分布密度积分所得的结果。
下面我们用数学语言描述基本解的物理意义。
设已知线性微分方程)(''M f LuM 是抽象空间中的点,又设M 示为某定点,（1）为Dirac 函数,如果),(M M u 满足)(m M Lu -=δ (1)而对于足够光滑的函数)(M f ,所构成的积分⎰dM M f M M u )(),(又满足方程(l),则称u 是方程(1)的基本解。
注意我们这里所说的u 是方程(1)的基本解, 并不表明方程(1)在任何定解条件下的基本解都是u 。
相反,不同定解条件的基本解各有不同的定义方法,尽管它们有相似之处,但不能混淆。
在边界元法中,主要用到的是基本解。
许多典型数学物理方程的基本解早已解决。
例如，二维LaPlace 方程的基本解是),(/12/1),(M M r M M u ∏=三维LaPlace 方程的基本解是∏=),(4/1),(M M r M M u等等。
但对一些特定的问题，如果没有现成的基本解可以套用，这是需要运用一些数学技巧，甚至一些较深的数学知识去求解，从而获得所需的基本解，不过方程的形式已经简化可解性大大增加, 在很多情况下, 基本解是可以用显式表达出来的。
1.3边界元法的分类(1) 直接边界元法(2) 间接边界元法(3) 双重边界元法(4) 逆边界元法(5) 子结构边界元法(6) 双倒易边界元法(7) 快速多极子边界元法2.铸件锻造模拟技术和方法铸件锻造模拟技术主要有两种，即物理模拟和数值模拟。
常用的方法有有限差分法，有限元法，边界元法等。
2.1物理模拟通常,物理模拟是指缩小或放大比例,或简化条件,或代用材料,用试验模拟来代替原型的研究。
在大型锻造工艺研究中,由于大锻件尺寸较大,不可能进行1:l的实物试验,只能采用缩小比例试验即缩比试验。
锻造工艺研究中所采用的物理模拟试验可以分为两种。
一种是材料热变形基础试验,以锻件所用材料为对象,采用标准试验方法,并借助于专用设备或仪器完成,用于实测材料的应力一应变关系、塑性等热锻性能参数、接触摩擦因子以及一些热物性参数,并经过金相分析定量研究热变形过程组织变化与变形温度、变形速度、变形量等热力参数的关系。
这些试验数据一方面为锻造工艺方案的制定提供表征参数,如塑性、动态再结晶临界变形量等;另一方面是为数值模拟提供必要而准确的材料模型或参数。
另一种物理模拟试验是工艺模拟试验,其参照原型就是所研究的大型锻造工艺,依据相似原理进行缩比试验。
为了获得较多的试验数据,进行缩比试验时可采用网格法、密栅云纹技术等等。
对于热锻工艺而言,几何条件、材料性能等因素的相似容易满足,但是其接触界面参数和热参数则不能满足。
因此,工艺模拟试验有时会与实际生产相差过大,而且通常只能给出工艺过程某个阶段的结果,无法全面了解整个工艺过程,具有一定的局限性。
如果设计合理,并且试验条件和试验检测能够保障,该种试验数据一般对于锻件成形具有足够的精度,但其对组织性能往往仅有一定参考价值。
2．2数值模拟有限元数值模拟在锻造中的应用始于20世纪80年代初,现已成为其工艺研究与开发的重要手段。
数值模拟是通过建立相应的数学模型,在工艺设计阶段,用计算机对工艺的全过程进行分析,它不仅可以通过图形、数据等形式直观地反映诸如材料塑性流动、温度场、应变场、载荷等各种信息,而且能预测可能存在的缺陷;通过改变工艺参数对不同方案进行模拟分析,从各方案的对比中总结出规律,进而实现工艺的优化,确定工艺方案和主要工艺参数。
数值模拟技术在保证工件质量,减少材料消耗,提高生产效率,缩短试制周期等方面显示出无可比拟的优越性。
2.3锻造模拟实例简要说明锻件所用原材料一般都是钢锭。
饼类锻件的生产流程一般为:热钢锭送到液压机车间，经一系列锻造工序锻造成锻件，经预备热处理后送到下一工序进行机械加工和最终热处理。
常规锻造过程为:钢锭*切头去尾—倒棱(拔长)、下料*平板墩粗(或平板徽粗+局部徽粗)*成品。
它们的外形尺寸特征是高径比HR<1。
在饼类锻件的锻造过程中，在不均匀变形的作用下，锻件心部的金属流动比周围更加剧烈，容易产生层状裂纹，超声波探伤废品率高，而且浪费了大量原材料和加工工时。
为了解决实际生产中的问题，重庆大学刘攀【3】做了如下分析，对漏盘墩挤工艺建立了有限元模型，分析了应力场的情况，同时对墩挤工艺进行了优化分析。
建立有限元模型由于饼类件的墩挤属于轴对称变形，可简化为平面问题，任取一个子午面进行分析。