材料塑性计算机模拟论文
剪切变形与材料塑性研究
剪切变形与材料塑性研究剪切变形作为材料研究的重要分支，一直受到学术界的关注。
我们知道，在材料研究中，塑性变形是材料本质性能之一。
剪切变形是材料塑性变形中的一种重要形式，对于钢材、铝合金等材料的塑性研究具有十分重要的意义。
研究背景钢材等金属材料的塑性变形机制是指在外力的作用下，材料可以发生形变，并在形变过程中保留其塑性，而不发生断裂以及变形后的形状等发生变化。
由于材料塑性变形机制对于材料的力学性能、稳定性、设计、制造等具有决定性作用，因此材料塑性变形的研究一直被广泛的关注。
塑性变形存在多种形式，其中剪切变形是一种典型的非轴对称变形形式。
剪切变形的发生，会导致材料在形变后出现多种复杂的漏斗形状，从而使得材料的工艺性、力学性能等发生显著的变化。
因此，对于剪切变形优化和控制的研究十分具有实际意义。
研究方法对于材料剪切变形特性的研究，其实是一个复杂的过程。
首先，需要了解材料的工艺、表面形貌、金相组织等体质特征。
其次，需要建立材料剪切变形数值模型，以便对于材料的剪切变形形成机制和变形特性的探究。
现代技术的发展和迅速普及，也促进了材料剪切变形研究的新发展。
通过结合金属材料塑性学和计算机科学技术，可以开展从材料的纳米结构层面到宏观力学层面的多层次多尺度的研究。
研究意义材料的力学性能在现代制造业中具有十分重要的意义。
钢材、铝合金等材料是现代制造业的重要原材料之一。
因此，对于剪切变形的研究和控制，对于现代制造业的发展和高效生产具有重要意义。
同时，剪切变形的研究可以为材料的制造和设计提供基础信息。
对于机械制造、汽车制造等领域的推进有着巨大的贡献。
结论综上所述，材料剪切变形的研究是材料研究的重要分支之一，具有重要的学术和实际意义。
随着现代技术的发展和普及，材料研究和加工技术的不断推进，将会为材料剪切变形的研究和控制带来更多的机会和挑战。
我们期待着未来材料剪切变形研究领域的更多成果的涌现。
第五章刚塑性有限元法基本理论与模拟方法
塑性成形过程 计算机数值模拟
第五章 刚塑性有限元法基本理论与模拟方法
❖ 从数学的角度来讲，有限元法是解微分方程的一种数值方法。它的 基本思想是：在整个求解区域内要解某一微分方程很困难(即求出 原函数)时，先用适当的单元将求解区域进行离散化，在单元内假 定一个满足微分方程的简单函数作为解，求出单元内各点的解；然 后，再考虑各单元间的相互影响，最后求出整个区域的场量。
两个或一个事先得到满足，而将其余的一个或两个，通过拉格朗日
乘子引入泛函中，组成新的泛函，真实解使泛函取驻值，这就是不
完全广义变分原理。
❖ 在选择速度场时应变速率与速度的关系(1)式和速度边界条(3)式容 易满足，而体积不可压缩条件(2)式难于满足。因此，可以把体积 不可压缩条件用拉格朗日乘子入引入到泛函中，得到新泛函：
够的工程精度的前提下，可提高计算效率。
塑性成形过程 计算机数值模拟
第五章 刚塑性有限元法基本理论与模拟方法
❖ 由于刚塑性有限元法采用率方程表示，材料变形后的构形可通 过在离散空间对速度的积分而获得，从而避开了应变与位移之 间的几何非线性问题。
❖ 由于忽略了弹性变形，刚塑性有限元法仅适合于塑性变形区的 分析，不能直接分析弹性区的变形和应力状态，也无法处理卸 载和计算残余应力与变形。
在满足： (1) 速度-应变速率关系
ij
1 2
ui, j
u j,i
(2) 体积不可压缩条件 (3) 速度边界条件
V kk 0
ui ui
(在 Su 上)
的一切动可容场
ui*j
，
论文篇-材料成型及控制工程导论-论文
材料成型及控制工程导论论文材控试一班蒲东林·中文摘要：材料成型及控制工程是研究热加工改变材料的微观结构、宏观性能和表面形状，研究热加工过程中的相关工艺因素对材料的影响，解决成型工艺开发、成型设备、工艺优化的理论和方法；研究模具设计理论及方法，研究模具制造中的材料、热处理、加工方法等问题。
是国民经济发展的支柱产业。
本专业培养具备材料科学与工程的理论基础、材料成型加工及其控制工程、模具。
·关键词：材料成型及控制工程机械模具和焊接设计制造金属压力加工方向一．材料成型与控制工程包括两个大方向：模具和焊接。
模具也包括好几个方向,有塑料模具、冲压模具、铸造、锻造等。
塑料模具包括：注塑、吹塑、挤塑、吸塑等，注塑模具学校开设得最多，应用也最广。
冲压模具包括：冲孔，落料，拉伸，弯曲，翻边，复合等。
材料成型与控制工程（成型加工及模具CAD/CAM方向），培养目标具有培养具备金属、塑料等材料的产品、工艺与模具方面的知识，能运用计算机技术进行产品、工艺与模具的设计、运用数控加工技术进行成型模具的制造，能从事产品及模具的试验研究、生产管理、经营销售等方面的高级工程技术人才。
主要课程包含金属成形工艺及模具、塑料成型工艺及模具、塑料制品装潢与设计、模具材料及热处理、模具制造技术、数控加工、产品造型设计、模具计算机辅助设计（CAD）、模具计算机辅助制造（CAM）、成型过程计算机辅助分析（CAE）、成型设备及计算机控制、创新设计、模具市场营销、模具生产管理等。
毕业后可以在各行业从事与材料加工工程有关的金属与塑料产品、工艺、模具的计算机辅助设计，计算机辅助制造、数控加工，试验开发、质检分析、管理营销、教育科研等工作。
二.材料成型与控制工程（材料加工控制及信息化方向）材料成型与控制工程（材料加工控制及信息化方向）培养具备材料加工基本原理、计算机控制及信息学科的知识和技能，掌握材料加工成形过程的自动化与人工智能、专家信息系统的建立与开发、机械零件及工模具的计算机辅助设计与制造、新材料制备与加工、先进成形加工技术与设备、材料组织与性能的分析及控制等专业知识，能够从事材料加工、计算机和信息技术应用领域的产品和技术开发、设计制造、质量控制、经营管理等方面的高级工程技术人才。
微观塑性变形理论及其应用研究
微观塑性变形理论及其应用研究1. 前言微观塑性变形理论是固体力学中最基础和重要的理论之一，对于材料工程、力学、物理、材料科学等领域具有重要的意义。
塑性变形与微观结构紧密相关，在材料的应用过程中，了解材料的塑性变形规律和机理，能够为材料的制备和应用提供基础和帮助。
因此，本文将对微观塑性变形理论及其在材料工程中的应用进行综述，并讨论未来微观塑性变形理论研究的方向和关注点。
2. 微观塑性变形理论基础2.1 晶体塑性变形理论在晶体的塑性变形学中，晶体中的位错扮演着重要的角色。
位错是由晶体缺陷引起的，具有与原子间距相同的长度缺陷。
沿着位错线，原子序列存在错位，形成了一条“面包屑”状的结构。
晶体中的位错主要分为线状和面状。
线状位错是指在晶体中不同方向晶粒的交界处，相邻晶体原子序列错位所构成的一条线状缺陷；面状位错是指晶体中沿晶面错位的缺陷。
位错在晶体中具有以下作用：1）可以容许晶体变形，2）能够造成宏观形变，3）可以提高材料的强度。
2.2 塑性变形的本构关系本构关系是描述材料应力和应变之间的关系的理论模型。
对于塑性材料来说，塑性变形就是材料产生塑性应变的实现过程，也是弹塑性本构关系的一部分。
弹塑性本构关系是由弹性和塑性两个本构模型组合起来的。
塑性变形的本构关系通常用流动应力与应变速率之间的关系来表示。
流动应力是材料中的力，可以表征材料抵抗变形所需要的力；应变速率则是材料中变形的速度，可以反映材料变形的程度。
塑性变形的本构关系就是通过流动应力和应变速率之间的关系来描述塑性变形。
3. 微观塑性变形理论在材料工程中的应用3.1 新型材料的精细化设计微观塑性变形理论是实现新型材料精细化设计的重要理论基础。
通过对材料微观结构进行深入的研究，可以为材料的工程应用提供基础和帮助。
以金属材料为例，对于新型金属材料的设计，可以采用纳米晶技术来提高金属材料的强度和塑性。
纳米晶技术可以通过控制晶体粒度和晶界能来实现材料性能的优化。
《材料成型技术基础》中计算机辅助成型工艺的研究及进展
《 料 成 型 技 术基 础 》 材 中 计 算 机 辅 助 成 型 工 艺 的研 究及 进 展
济南大学 王 守仁 王 慧 崔 焕 勇
摘要 ： 论述了材料成型计算机模拟技术在材料成型领域特别是金属液态成形工艺、 金属塑性成型工艺、 连接成型工
艺三 大 领 域 的 应 用 和 目前 的发 展 趋 势 与 方 向 ． 学科 前 沿 角度 对 相 关课 程 教 育 教 学起 到 一 定 引导 作 用 。 从
一
件 产 生 应 力 的 可 能 降低 到 最 低 限 度 ， 而 保 证 铸 件 的质 量 。 从 但 铸 金属液 态成 型技术是材料通 过改变物理状态 ， 实现“ 固态 由 于 铸 件 的结 构 、 型 材 料 对 铸 件 凝 固过 程 的 影 响 是 非 常 复 这种模拟计算 本身也很 复杂 ， 以， 所 应力 的模 拟仍 有很 液态一固态” 的转 变 ， 次 性 成 型 来 完 成 产 品生 产 的 工 艺 过 杂 的， 一
迅猛发展 ， 成为该领 域最为活跃的研究热点及技术前 沿 。
一
近２ Ｏ多年来 ， 材料成型技术 的计算机 工艺模 拟技术得 到 应 力 的 形 成 不 仅 影 响 铸 件 最 终 的质 量 和 使 用 效 果 （ 纹 变 形 裂 等 ） 而且 影 响 工艺 设 计 的 质量 （ 缩量 的 准确 给 定等 ） ， 收 。如果
、
金 属液 态 成 型 计 算 机 模 拟 技 术
能 模 拟 出铸 件 在 给 定 工 艺 下 的 应 力 分 布 ． 可 修 改 工 艺 把铸 就
程。 其成型工艺过程复杂 ， 生产周期长 ， 响因素多 ， 影 质量难 以 长 的 路 要 走 。 控 制 。而 计 算机 的迅 速 发展 使得 解 决 这 些 长 期 阻 碍 铸 造 生 产 ４ 铸 件 微 观 组 织数 值 模 拟 ．
基于晶体塑性理论的面心立方单晶变形研究
基于晶体塑性理论的面心立方单晶变形研究安红萍;丁艳红;李婷【摘要】借助晶体塑性理论，通过ABAQUS/UMAT用户子程序的二次开发，实现了基于位错运动的塑性本构描述。
通过晶体塑性有限元模拟，研究了单向拉伸过程中，晶体旋转及晶粒取向对变形结果的影响，获得了晶体旋转角度与应变的对应关系，晶粒初始取向对滑移启动及变形程度的影响规律；模拟结果与Schmid定律一致，验证开发的晶体塑性模型的正确性。
%With the help of crystal plastic theory,a plactic constitutive description based on dislocation motion was obtained by means of the secondary development of ABAQUS/UMAT user subroutine. A crystal plactic finite ele-ment model was built,and the effect of crystal rotation and crystal orientation on deformation was studied during a face-centered cubic single crystal during uniaxial tension. The corresponding relationship between crystal rotation and strain,the influence law of the initial crystal orientation on slip system activation and macroscopic mechanical response,were obtained. The simulated result had better agreement with the Schmidˊs law,which verified the cor-rectness of the crystal plastic model.【期刊名称】《太原科技大学学报》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】6页(P34-39)【关键词】面心立方单晶;塑性变形;数值模拟【作者】安红萍;丁艳红;李婷【作者单位】太原科技大学材料科学与工程学院，太原030024;太原科技大学材料科学与工程学院，太原030024;太原科技大学材料科学与工程学院，太原030024【正文语种】中文【中图分类】TG316晶体材料的弹塑性变形是一个复杂的过程，与很多因素相关，包括变形温度，应变速率，变形量，加载方式等宏观因素，以及晶粒大小，晶体取向，位错滑移，孪生等微观因素[1]。
ABAQUS混凝土损伤塑性模型参数标定及验证_刘巍
dt σt （ 1 － d t ） E0
（ 3）
在定义受压硬化时， 硬化数据是根据非弹性应 pl ABAQUS 中等效塑性应变 ε 珘 变ε 珘 定义的， c 和非弹 性应变 ε 珘 c 的关系如下 ：
pl in ε 珘 珘 c = ε c － in
dc σc （ 1 － d c ） E0
（ 4）
ck 珘 单轴受拉应力应变关系及开裂应变 ε t 示意
（ 5）
损伤因子 d 为应力状态和单轴损伤变量 d t 和 （ 6）
图1
式中： s t 和 s c 是与应力反向有关的刚度恢复下的应 力状态函数， 它们可根据下面方程定义： s t = 1 － w t r * （ σ11 ） s c = 1 － w c （ 1 － r （ σ11 ） ） 其中 r * （ σ11 ） = H（ σ11 ） =
Industrial Construction Vol. 44 ，Supplement， 2014
工业建筑 2014 年第 44 卷增刊 167
1
混凝土损伤塑性模型理论 ABAQUS 中的 CDP 模型是连续的、 基于塑性的
变形特性， 可以用式（ 1 ） 、 式（ 2 ） 描述。 pl 珘 σ t = （ 1 － d t ） E0 （ ε t － ε t ）
pl pl pl pl
（ 2） 珘） σ c = （ 1 － d c ） E0 （ ε c － ε 在采用 CDP 模型对钢筋混凝土结构进行模拟 时， 钢筋与混凝土的界面效应 （ 如粘结滑移和锁固 行为） 通过在混凝土模型中引入“拉伸硬化 ” 来模拟 钢筋与混凝土在开裂区的荷载传递作用 。拉伸硬化 ck ABAQUS 的数据是根据开裂应变 ε 珘 t 进 行 定 义 的， 珘 中等效塑性应变 ε 珘 t 和开裂应变 ε t 的关系如下 ：
薄壁铝合金半球壳塑性成型与基于MSC.Marc的模拟技术应用研究
位 杆来 实现 的 ，并且 挡钉作最 后 的定
位 ，使推 出机构 在合模状 态 下处 于准 确可靠 的位置 。复位 时 ，复位杆也 要
承受很 大的作 用 力 ，因此在 选料 上应
选 择有足 够硬度 和 刚度 的材料 ，一般
选取Ｔ Ａ（ ＩＡ）。在 ＰｏＥ ＧＮ Ｅ 的 ８ ＴＯ ｒ／Ｎ ＩＥ Ｒ
对称模型 虽然 其计 算效 率高 ， 是 如 图３ 示说 明 了产 品在受压 过程 非线 性 ），如采 用橡胶 大弹 性 材 但 所
由于其数学模 型对 真实产品进行 了 中的几种屈 曲模态 ，因此产 品的方 料 ，由于橡胶 的储 存寿命及 其使 用
过多的假设 ，而这些假 设是不可忽 案设计上必须要避免屈 曲模态 出现 环境 的限制 ，该产 品不可采 用。
从 制造上实现均难度较大 ，周期和
由 于 该 产 品 在 其 使 用 工
并在分析过程 中采 用网格重 划分来 成 本投入上均较大。
如 图１ 所示 ，由于产 品为轴对 况 下 其 屈 曲载 荷 系 数 非 常 接 近
１０ ７１０ ７１０ ３ ．５ ／．６／ ．７ ，因而 在改变截
析 ，并就如何 依据Ｃ Ｅ Ａ 工艺仿 真作 即出现如 图２ 所示 的理论 过程 ，除 面或尺寸 的状况下难 以有效解决 问
模具模 块 中 ，利 用零 件相 关的特性 直 接做模具 元件 ，其作 法于推杆 相似 ， 复位杆安装如 图１ 所示 。 ８
一
图１ ８复位杆安装图
三 、总体装配技术要求
（） １在分型 面上 ，定模 、动模镶件 平 面应分别 与定模 框 、动模 框齐 平或 允许略高 ，但高 出量在００ Ｎ ．Ｏ ｍ ．５ Ｏ１ ｍ 范 围内 （ ） 杆 、复 位 杆 应 分 别 与分 型 ２推 面齐 平 ，推 杆允许 凸 出型 面 ，但 不大 于 ０１ ｍ，复位杆 允 许低 于分型 面 ， ．ｍ
弹塑性材料本构模型与仿真方法
弹塑性材料本构模型与仿真方法弹塑性材料本构模型是描述材料在受力作用下的变形和应力响应的数学模型。
它是工程力学和材料科学中重要的理论基础，用于预测材料在不同应力条件下的行为，从而指导工程设计和材料选择。
弹塑性材料是一类具有弹性和塑性行为的材料，其在小应变范围内表现出弹性行为，而在大应变范围内则表现出塑性行为。
弹性行为是指材料在受力后能够恢复原状的性质，而塑性行为则是指材料在受力后会发生不可逆的形变。
常见的弹塑性材料本构模型包括线性弹性模型、塑性模型和弹塑性模型等。
线性弹性模型是最简单的弹塑性材料本构模型之一，它假设材料的应力和应变之间存在线性关系。
在小应变范围内，材料的应力和应变之间满足胡克定律，即应力等于杨氏模量乘以应变。
这种模型适用于强度较高、刚度较大的材料，如金属和陶瓷。
塑性模型是描述材料塑性行为的本构模型，它考虑了材料在大应变范围内的非线性行为。
常见的塑性模型包括屈服准则、硬化规律和流动规律等。
屈服准则描述了材料在何种应力条件下开始发生塑性变形，硬化规律描述了材料的塑性变形随应力增大而增加，流动规律描述了材料的塑性变形随时间的变化。
弹塑性模型是综合考虑了弹性和塑性行为的本构模型，它能够较好地描述材料在整个应变范围内的行为。
常见的弹塑性模型包括von Mises模型和Tresca模型等。
von Mises模型基于屈服准则，假设材料在达到一定应力条件时开始发生塑性变形，而Tresca模型基于硬化规律，假设材料的塑性变形随应力增大而增加。
仿真方法是利用计算机模拟材料行为的一种方法。
在弹塑性材料的仿真中，常用的方法包括有限元法、离散元法和网格法等。
有限元法是一种广泛应用的仿真方法，它将材料分割成有限数量的小单元，通过求解各个单元的力平衡方程和位移连续性方程，得到整个材料的应力和应变分布。
离散元法是一种基于颗粒模型的仿真方法，它将材料看作由许多离散的颗粒组成，通过模拟颗粒之间的相互作用，得到材料的变形和应力响应。
钢材弹塑性本构模型研究
钢材弹塑性本构模型研究随着经济的快速发展，各类工程建设的需求也逐渐增加，钢结构作为一种新型的建筑材料被广泛应用。
但是，材料失效是每个工程师必须面对的问题，因此，在钢构建筑设计中，强度评估和材料的强度预测是至关重要的。
在材料强度预测中，本构模型是一种常用的分析方法。
本构模型有助于描述水平应力和应变之间的关系，并为强度预测提供了基础。
在本构模型中，应力与应变之间的关系可以通过选择适当参数来建立基于材料行为的力学模型。
本文将介绍钢材弹塑性本构模型的研究现状。
钢材的强度预测中，弹塑性本构模型是一种常用的方法。
弹塑性本构模型将材料强度预测分为两步，首先解决材料的弹性部分，然后再考虑可塑性部分。
弹塑性本构模型的优点是它能够描述材料的完整行为，并且能够很好地有效率地预测材料的强度。
然而，弹塑性本构模型的建立仍需进一步研究。
因为对于大多数情况，材料的弹性及塑性会受多种因素的影响，如应力变化等。
此外，许多材料的行为是不规则的，所以必须了解更复杂的行为模式，才能发展出更准确、更可靠的本构模型。
当前，许多研究致力于进一步发展钢材弹塑性本构模型。
在这些研究中，有许多方法可以帮助我们更好地研究材料的本构行为。
例如，使用神经网络和遗传算法等技术，可以帮助我们更好地发展本构模型；使用计算机模拟，在建立精确的本构模型方面可以使用这种技术来获得更好的结果。
在未来的工程研究中，钢材弹塑性本构模型研究仍将是研究的重点之一。
理解材料的本构行为和建立准确的弹塑性本构模型对于预测材料的强度和在实际应用中保证材料安全是至关重要的。
总之，钢材弹塑性本构模型是钢材强度预测的关键因素之一。
虽然目前对于该模型的研究仍需进一步深入，但是理解其基本原理并使用现有的技术可以帮助我们更好地预测材料的强度，从而为建设更安全、更可靠的工程提供基础。
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材料塑性成形与计算机模拟 学 院（系） 机 械 工 程 学 院 专 业 班 级 材料10802 班 级 序 号 25 学 生 姓 名 张沛 计算机模拟在金属塑性成形的应用及一些基本理论 摘要 计算机模拟技术在材料科学领域中应用日益广泛，本文综述了这方面的
研究现状。介绍了材料成形中计算机模拟技术的常用软件，并详述了其在金属塑性成形方面的应用。介绍了塑性变形有限元分析软件 DEFORM的模块结构。简述了结构有限元分析中的网格划分的基本理论。 关键字 计算机模拟金属材料材料成型；DEFORM软件；有限元分析；网格
划分
一． 引言 随着计算机技术的高速发展，已经可以通过事先的工艺设计和过程控制取代单凭经验积累和试错法方式来制备材料。计算机模拟是在计算机上通过系统模型模拟一个实际存在或正在设计中的真实系统，以再现（实现可视化）或分析（数值计算）真实系统的本质特征，作为理论与实践相补充的第三种有效手段和方法，目前它已成为解决材料科学和工程中实际问题的重要手段。在计算机上进行的模拟实验，基本不受实验条件、时间和空间的限制，具有极大的灵活性和随机性。而且它可以替代许多难以或无法实施的实验，解决～般方法难以求解的大型系统问题。 最近几年 ,随着计算科学的快速发展和有限元技术应用的日益成熟 ,CAE技术模拟分析金属在塑性变形过程中的流动规律在现实生产中得到愈来愈广泛的应用。CAE技术的成功运用 ,不仅大大缩短了模具和新产品的开发周期 ,降低了生产成本 ,提高企业的市场竞争能力 ,而且有利于将有限元分析法和传统的实验方法结合起来 ,从而推动模具现代制造业的快速发展。 二、金属塑性成形的计算机模拟 金属塑性成形中涉及到复杂的物理现象和模具形状，难以进行精确的理论分析。如何及时和正确地评价工艺和模具设计的可行性，以保证生产出合格的产品，还没有得到很好的解决。塑性成形过程中的计算机模拟技术的应用是解决这个问题的有力手段，塑性成形过程的计算机模拟是在计算机上对金属塑性成形过程进行实时跟踪描述，并通过计算机图形系统演示整个过程的技术。其目的在于通过建立分析模型对金属的变形、应力、应变和组织等进行仿真，实现对工艺过程、毛坯形状以及模具结构的优化，可缩短研发周期，提高产品质量，延长模具寿命，降低成本。 在国外，塑性成形数值模拟已成为某些大型企业新产品开发链条中不可缺少的一环，同时数值模拟对优化已有产品的生产工艺同样具有重要意义。随着计算机技术的飞速发展和数学算发的改进，三维模拟技术已日臻成熟．逐渐取代二维模拟技术，并开始在工业界得到推广应用，用来解决复杂工件的成形问题。 但它目前在应用中也还存在一些问题，如应用范围的局限性、用户界面对友好性等，在应用需求和相关技术进步的推动下，塑性成形模拟技术必将获得更大发展。
三． DEFORM系统 1 DEFORM系统简介 DEFORM(Design environment for forming)是由美国 Battelle Columbus实验室在八十年代早期着手开发的一套有限元分析软件。早期的 DEFORM - 2D软件只能局限于分析等温变形的平面问题或者轴对称问题。随着有限元技术的日益成熟 ,DEFORM软件也在不断发展完善 ,目FORM - 3D) ,此外 ,DEFORM软件可视化的操作界面以及强大而完善的网格自动再划分技术 ,都使 DEFORM这一商业化软件在现代工业生产中变得愈来愈实用而可靠。 2 DEFORM软件的模块结构 DEFORM - 2D和 DEFORM - 3D的模块结构基本相同 ,都由前处理器、拟处理器和后处理器三大模块组成 ,不同的是 DEFORM - 2D自身可以制作简易的线框模具 ,DEFORM - 3D不具备实体造型能力 ,但它提供一些通用的 CAD数据接口 ,如 IGES和 STL接口。
2. 1 前处理器 前处理器包括三个子模块 (1)数据输入模块 ,便于数据的交互式输入 ,如 :初始速度场、温度场、界条件、头行程以及摩擦系数等初始条件。 (2)网格的自动划分与自动再划分模块。 (3)数据传递模块 ,当网格重划分后 ,能够在新旧网格之间实现应力、变、度场、界条件等数据的传递 ,从而保证计算的连续性。
2. 2 模拟处理器 真正的有限元分析过程是在模拟处理器中完成的 ,DEFORM运行时 ,首先通过有限元离散化将平衡方程、构关系和边界条件转化为非线形方程组 ,然后通过直接迭代法和 Newton -Raphson法进行求解 ,求解的结果以二进制的形式进行保存 ,用户可在后处理器中获取所需要的结果。
2. 3 后处理器 后处理器用于显示计算结果 ,结果可以是图形形式 ,也可以是数字、文字混编的形式。可获取的结果可为每一步的 (1)有限元网格 ; (2)等效应力、效应变以及破坏程度的等高线和等色图 ; (3)速度场 ; (4)温度场 ; (5)压力行程曲线等。 此外用户还可以列点进行跟踪 ,对个别点的轨迹、力、变、坏程度进行跟踪观察 ,并可根据需要抽取数据。
四． 有限元网格划分 有限元网格划分是进行有限元数值模拟分析至关重要的一步，它直接影响着后续数值计算分析结果的精确性。网格划分涉及单元的形状及其拓扑类型、单元类型、网格生成器的选择、网格的密度、单元的编号以及几何体素。从几何表达上讲，梁和杆是相同的，从物理和数值求解上讲则是有区别的。同理，平面应力和平面应变情况设计的单元求解方程也不相同。在有限元数值求解中，单元的等效节点力、刚度矩阵、质量矩阵等均用数值积分生成，连续体单元以及壳、板、梁单元的面内均采用高斯（Gauss）积分，而壳、板、梁单元的厚度方向采用辛普生（Simpson）积分。辛普生积分点的间隔是一定的，沿厚度分成奇数积分点。由于不同单元的刚度矩阵不同，采用数值积分的求解方式不同，因此实际应用中，一定要采用合理的单元来模拟求解。
有限元网格划分的指导思想是首先进行总体模型规划，包括物理模型的构造、单元类型的选择、网格密度的确定等多方面的内容。在网格划分和初步求解时，做到先简单后复杂，先粗后精，2D单元和3D单元合理搭配使用。为提高求解的效率要充分利用重复与对称等特征，由于工程结构一般具有重复对称或轴对称、镜象对称等特点，采用子结构或对称模型可以提高求解的效率和精度。利用轴对称或子结构时要注意场合，如在进行模态分析、屈曲分析整体求解时，则应采用整体模型，同时选择合理的起点并设置合理的坐标系，可以提高求解的精度和效率，例如，轴对称场合多采用柱坐标系。有限元分析的精度和效率与单元的密度和几何形状有着密切的关系，按照相应的误差准则和网格疏密程度，避免网格的畸形。在网格重划分过程中常采用曲率控制、单元尺寸与数量控制、穿透控制等控制准则。在选用单元时要注意剪力自锁、沙漏和网格扭曲、不可压缩材料的体积自锁等问题。有限元网格划分方法有两种，对于简单的结构多采用直接建立单元模型的网格直接生成法，当对象比较复杂时，多通过几何自动生成法来完成，即在几何元素描述的物理基础上自动离散成有限单元。有限元单元可以按几何维数划分为一维、二维和三维单元，而在实际应用中采用拓扑结构单元，包括常用的质量单元、弹簧元、杆与梁管单元、平面三角形单元、平面四边形单元、膜单元、等参单元、壳单元和三维实体单元。5．常用单元的选用原则
有限元网格划分中单元类型的选用对于分析精度有着重要的影响，工程中常把平面应变单元用于模拟厚结构，平面应力单元用于模拟薄结构，膜壳单元用于包含自由空间曲面的薄壁结构。对块体和四边形，可以选择全积分或缩减积分，对线性六面体和四边形单元，可以采用非协调模式。由于三角形单元的刚度比四变形单元略大，因此相对三节点三角形单元，优先选择四边形四节点单元。如果网格质量较高且不发生变形，可使用一阶假定应变四边形或六面体单元，六面体单元优先四面体单元和五面体锲形单元。十节点四面体单元与八节点六面体单元具有相同的精度。网格较粗的情况下使用二阶缩减积分四边形或四面体单元，对于橡胶类体积不可压缩材料使用Herrmann单元，避免体积自锁。在完全积分单元中，当二阶单元被用于处理不可压缩材料时，对体积自锁非常敏感，因此应避免模拟塑性材料，如果使用应选用Herrmann单元。一阶单元被定义为恒定体积应变时，不存在体积自锁。在缩减积分单元中，积分点少，不可压缩约束过度，约束现象减轻，二阶单元在应变大于20％～40％时应小心使用，一阶单元可用于大多数应用场合并具有自动沙漏控制功能。 实际需要对模拟过程做适当的简化 ,以期在较短的时间内获取所需的主要信息。下面一些假设是在有限元模拟中常用的一些简化方法。 (1)用等温变形代替非等温变形。这种假设能够获取基本数据 ,常用于变形过程对温度变化不非常敏感的材料 ,如碳素钢等 ;另外 ,也适用于变形速度比较快 ,模具冷却效果不明显的场合 ,如机械压力机锻造或者螺旋压力机锻造等。 (2)忽略模具上一些次要的几何特征。例如 ,忽略零件上定位槽的几何形状 ,不会对金属的流动产生明显的影响 ,但是 ,这种简化却能大大减少计算时间以及网格重划分的次数。 (3)确定适当的网格数目 ,合理的分配网格密度。网格数目过多或者过少都不利于有限元的模拟计算 ,可根据零件变形情况 ,适当的预设定网格数目 ,并对变形剧烈的区域预先实行细划分 ,可大大减少计算时间。 显而易见 ,为了保证模拟过程的不间断性 ,网格的自动划分与再划分技术 ,网格密度分布的自动优化技术 ,以及新旧网格间数据的自动传递技术在有限元代码中是必需的。
结束语 计算机模拟技术已广泛应用于包括材料液态成形、塑性成形、连接成形、复合材料成形等各种材料成形领域，它在材料成形中的应用，使材料成形工艺从定性描述走向定量预测的新阶段，为材料的加工及新工艺的研制提供了理论基础和优选方案，必将推动材料学科的进一步发展。利用类似 DEFORM等有限元软件 ,模拟分析金属的流动规律 ,有利于帮助设计人员优化工艺参数和模具设计 ,减少模具的前期开发费用 ,其健壮而有效的有限元代码 ,方便而可行的前后模拟处理器 ,以及现在愈来愈快的工作站都大大减少了设计人员的工作量 ,从而有利于缩短模具的设计开发周期。
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