材料成型计算机模拟(2013版)Word格式文档下载.docx

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机械工业出版社，2002.012刘建生.金属塑性加工有限元模拟技术与应用M.北京：

冶金工业出版社，2003.013李传民.DEFORM5.03金属成形有限元分析实例指导教程M.北京：

机械工业出版社，2007.014张莉，等.DEFORM在金属塑性成形中的应用M.北京：

机械工业出版社，2009.105胡建军，等.DEFORM-3D塑性成形CAE应用教程M.北京：

北京大学出版社，2011.016中国锻压协会.锻造工艺模拟M.北京：

国防工业出版社，2009.10返回返回内容框架内容框架内容框架内容框架1塑性理论基础3平面应变问题2刚塑性有限元法1DEFORM的简介5变形与传热耦合分析4刚塑性有限元法关键技术0绪论第一部分数值模拟有限元理论与技术第二部分模拟软件DEFORM应用5条形件锻造成型模拟3长方体锻造成型模拟后处理4立方环锻造成型模拟2长方体锻造成型模拟前处理下课下课课间休息课间休息继续上课继续上课谢谢大家谢谢大家退出退出导入案例导入案例随着计算科学的快速发展和有限元技术应用随着计算科学的快速发展和有限元技术应用的日益成熟，的日益成熟，CAECAE技术模拟分析金属在塑性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。

来愈广泛的应用。

CAE技术的成功运用，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。

锻件预成形后的坯料应力分布塑性成形塑性成形CAECAE技术技术塑性成形塑性成形CAECAE的特点是以工程和科学问的特点是以工程和科学问题为背景，建立计算模型并进行计算机仿题为背景，建立计算模型并进行计算机仿真分析。

真分析。

一方面，一方面，CAECAE技术的应用，使许多过去受条件技术的应用，使许多过去受条件限制无法分析的复杂问题，通过计算机数值模限制无法分析的复杂问题，通过计算机数值模拟得到满意的解答；

拟得到满意的解答；

另一方面，计算机辅助分析使大量繁杂的工程另一方面，计算机辅助分析使大量繁杂的工程分析问题简单化，使复杂的过程层次化，节省分析问题简单化，使复杂的过程层次化，节省了大量的时间，避免了低水平重复的工作。

了大量的时间，避免了低水平重复的工作。

国外现状国外现状目前，一些发达国家在这方面已达到了较目前，一些发达国家在这方面已达到了较高的水平。

高的水平。

国际上不少先进的大型通用有限元计算国际上不少先进的大型通用有限元计算分析软件的开发已达到较成熟的阶段并分析软件的开发已达到较成熟的阶段并已商品化。

已商品化。

就就CAECAE技术的工业化应用而言，西方发技术的工业化应用而言，西方发达国家目前已经达到了实用化阶段。

达国家目前已经达到了实用化阶段。

我国我国CAECAE技术现状技术现状随着我国科学技术现代化水平的提高，计随着我国科学技术现代化水平的提高，计算机辅助工程技术也在我国蓬勃发展起来算机辅助工程技术也在我国蓬勃发展起来。

近年来，我国的近年来，我国的CAECAE技术研究开发和推技术研究开发和推广应用在许多行业和领域已取得了一定广应用在许多行业和领域已取得了一定的成绩。

的成绩。

但从总体来看，研究和应用的水平还不但从总体来看，研究和应用的水平还不能说很高，某些方面与发达国家相比仍能说很高，某些方面与发达国家相比仍存在不小的差距。

存在不小的差距。

目前，一些大型通用有限元分析软件已目前，一些大型通用有限元分析软件已经引进我国，在汽车、航空、机械、材经引进我国，在汽车、航空、机械、材料等许多行业得到了应用。

料等许多行业得到了应用。

我国已经拥有一批科技人员在从事我国已经拥有一批科技人员在从事CAECAE技术的研究和应用，取得了不少研究成技术的研究和应用，取得了不少研究成果和应用经验，使我们在果和应用经验，使我们在CAECAE技术方面技术方面紧跟住现代科学技术的发展。

紧跟住现代科学技术的发展。

开发出开发出CAXACAXA等具有自己产权的等具有自己产权的CAECAE软软件。

件。

但是，这些研究和应用的领域以及分布但是，这些研究和应用的领域以及分布的行业和地区还很有限，现在还主要局的行业和地区还很有限，现在还主要局限于少数具有较强经济实力的大型企业限于少数具有较强经济实力的大型企业、部分大学和研究机构。

、部分大学和研究机构。

我国的计算机分析软件开发是一个薄弱我国的计算机分析软件开发是一个薄弱环节，严重地制约了环节，严重地制约了CAECAE技术的发展。

技术的发展。

0.1概述金属塑性加工的优点：

生产效率高，原料消耗少，能改善组织和性能；

金属塑性加工的应用：

广泛用于制造业，75%钢材加工，60%以上汽车零件加工；

在冶金、航空、军工等工业也都占有相当比重。

金属塑性加工的发展：

一、工件单重增大，组织与性能控制难度增大；

二、以净形（Netshape）和近似净形（Nearnetshape）加工为目标的精密成型技术。

下页下页上页上页返回返回00绪论绪论绪论绪论塑性加工有限元技术应用的必要性：

一、传统技术，以经验和知识为依据，以“试错”为基本方法的工艺技术；

二、CAD/CAE等计算机辅助技术大多数强调设计能力，降低设计人员的工作量，缺乏分析、检测和修改功能，不能满足制造业发展要求；

三、虚拟制造技术应用与发展，特别是塑性成型过程的虚拟仿真（模拟分析）使得有限元得到应用与发展。

00绪论绪论绪论绪论下页下页上页上页返回返回0.2塑性加工工艺模拟及其方法0.2.1塑性加工的工艺特点工艺的多样性：

轧制、挤压、拉拔、锻造、冲压、弯曲等；

变形行为的复杂性：

变形机理复杂；

材料组织性能可变（内因、外因）；

接触摩擦（单位压力大，滑动与粘着，接触面变动）影响等。

00绪论绪论绪论绪论下页下页上页上页返回返回0.2.2塑性加工模拟的目标与任务目标：

合理地设计出变形工步及其操作顺序。

任务：

一、建立内部变形区与未变形区的运动关系，即金属塑性流动的预测；

二、确定成型极限；

三、预测变形力、应力等。

00绪论绪论绪论绪论下页下页上页上页返回返回0.2.3模拟方法：

解析法：

主应力法（工程法）、滑移线法和上下界法等；

经典方法实验/解析法：

相似理论法、视塑性法等；

实验与解析的综合数值法：

有限元法（应用广泛）、有限差分法、边界元法等。

00绪论绪论绪论绪论下页下页上页上页返回返回0.3有限元法概述特点：

功能最强，精度最高，适应范围最广；

0.3.1塑性有限元类型0.3.1.1弹塑性有限元特点：

以弹塑性材料模型为研究对象，同时考虑弹性变形和塑性变形，弹性区采用Hooke定律，塑性区采用P-R流动法则和Mises屈服准则，求解末知量是节点位移增量；

00绪论绪论绪论绪论下页下页上页上页返回返回0.3.1.1弹塑性有限元类型：

小变形弹塑性有限元，简单但累积误差大，少用大变形弹塑性有限元，用拉格朗日描述，考虑材料非线性，理论关系复杂；

应用：

板料成型（冷轧、冷冲等），加载和卸载过程分析。

00绪论绪论绪论绪论下页下页上页上页返回返回0.3.1.2刚塑性有限元特点：

以刚塑性硬化材料模型为分析对象，不考虑弹性变形，采用L-M流动法则和Mises屈服准则，求解末知量为节点速度；

适应于冷、温态体积成型。

00绪论绪论绪论绪论下页下页上页上页返回返回0.3.1.3刚黏塑性有限元特点：

同刚塑性有限元；

热态体积成型，热力耦合分析。

注：

刚塑性有限元是刚黏塑性有限元的一个特例。

00绪论绪论绪论绪论下页下页上页上页返回返回0.3.2塑性有限元法商业软件工模具造型软件：

AUTOCAD，ProE等；

有限元分析软件：

美国的MSC.MARC.AUTOFORGE，ABAQUS，DEFORM等；

法国的FORGE等；

其中：

DEFORM和FORGE可以分析二维、三维的刚塑性和弹塑性问题，尤其是DEFORM可以分析复杂异型件三维体积成型。

00绪论绪论绪论绪论下页下页上页上页返回返回本章小结：

本章介绍了材料成型工艺特点，工艺模拟方法，着重叙述了塑性成型有限元类型及特点，介绍了目前使用的几种非线性模拟软件。

思考与练习：

1、塑性成型过程的模拟方法有哪些，各有什么特点？

2、材料模型及其对应有限元分析方法各是怎样的？

3、常用非线性模拟软件有哪些？

00绪论绪论绪论绪论下页下页上页上页返回返回1.1无限小变形理论注：

刚塑性材料模型小塑性变形理论；

弹塑性材料模型有限变形理论1.1.1应力、应变、应变速率应力及其张量:

下页下页上页上页返回返回第一篇塑性成型有限元模拟理论基础第一篇塑性成型有限元模拟理论基础第一篇塑性成型有限元模拟理论基础第一篇塑性成型有限元模拟理论基础11塑性理论基础塑性理论基础塑性理论基础塑性理论基础zyzxzzyxxyzxyxxji,应力张量不变量：

下页下页上页上页222322221322132）（）（0xyzzxyyzxzxyzxyzyxzxyzxyxzzyyxzyxIIIIII返回返回11塑性理论基础塑性理论基础塑性理论基础塑性理论基础应变速率与几何方程：

11塑性理论基础塑性理论基础塑性理论基础塑性理论基础下页下页上页上页zxxzzxyzzyyzxyyxxyzzyyxxzvxvyvzvxvyvzvyvxv212121212121,返回返回1.1.2屈服条件Tresca条件：

Mises条件：

11塑性理论基础塑性理论基础塑性理论基础塑性理论基础下页下页上页上页3,6）（61:

2662213232221222222222sszxyzxyxzzyyxkkIork）（）（）（）（32131,s返回返回1.1.3塑性流动法则增量理论：

11塑性理论基础塑性理论基础塑性理论基础塑性理论基础下页下页上页上页dddddddddijpijzxpzxyzpyzxypxyzpzypyxpx返回返回1.1.4最大塑性功原理11塑性理论基础塑性理论基础塑性理论基础塑性理论基础下页下页上页上页0*pijijij1.1.5应变强化、等效应力和等效应变等效应力：

等效应变：

应变强化：

seseszxyzxyxzzyyxeIkork2212132322212122222233）（21:

3621）（）（）（）（23222121323122132）（）（）（92eeeeedddd23;

32返回返回1.2黏塑性理论1.2.1黏性与黏塑性黏性：

在一定外力作用下，材料变形与力持续时间和加载速度相关的一种性能。

图1-1表示：

黏性系数，剪应变速率。

材料三属性：

弹性、塑性、黏性；

材料模型：

简单模型，三种性能的独立描述；

复杂模型：

简单模型的组合。

11塑性理论基础塑性理论基础塑性理论基础塑性理论基础下页下页上页上页返回返回1.2.1黏性与黏塑性黏弹性模型：

描述材料蠕变或松驰性能；

黏塑性模型（刚黏塑性模型）：

反映材料的时间相关性黏塑性力学模型：

黏性元件与塑性元件组合，如图1-2。

A、并联