《有限元分析.ppt

研究内容： 对实际材料成形问题进行分析，优化工艺方案，优化模具结构，精确成形，控制质量 锻造过程模拟 铸造过程模拟 焊接过程模拟 热处理过程模拟 微观组织演变模拟(凝固、再结晶、相变) 研究方法： 数值模拟法 有限单元法、有限体积法(差分法) 理论基础： 弹塑性力学、流体力学 什么叫做数值模拟？ ‘数值模拟’(Numerical Simulation)： 是指用有限单元法、有限差分法以及其它各类求解微分方程组的数值方法，或者利用分子动力学、第一性原理等原子尺度的数值方法来模拟实际的物理过程，从而获得该物理过程中各类物理量的演变规律，取得定量的物理参量。宏观层次可模拟材料形状变化、速度、应力、应变和温度等物理参量的变化，微观层次可模拟组织演变、晶粒形核生长、相变、晶界运动、位错运动等。 物理模拟 ‘物理模拟’(Physical Simulation)： 是指把实际物理模型按比例缩小或放大，用试验模型来代替原实际物理模型，再现材料在加工成形过程中形状的变化、热、力等物理参量的变化以及微观组织演变，从而揭示材料在热加工过程中的组织与性能的变化规律，为合理制订加工工艺和研制新材料提供理论指导和技术依据。 数值模拟作用？ 数值模拟在材料热加工领域的应用，将使材料加工由‘经验’走向‘科学’，由‘定性’走向‘定量’，彻底改变热加工的落后面貌 。 金属材料热加工过程是极其复杂的高温、动态、瞬时过程，难以直接观察。在这个过程中，材料经液态流动充型、凝固结晶、固态流动变形、相变、再结晶和重结晶以及应力应变等多种微观组织变化及缺陷的产生与消失等一系列复杂的物理、化学、冶金变化而最后成为毛坯或构件。我们必须控制这个过程使材料的成分、组织、性能最后处于最佳状态，必须使缺陷减到最小或将它驱赶到危害最小的地方去。但这一切都不能直接观察到，间接测试也十分困难。 通过数值模拟和物理模拟，在实验室动态仿真材料的加工过程，预测实际工艺条件下材料的最后组织、性能和质量，进而实现加工工艺的优化设计。它将使材料加工沿此方向由“经验”走向“科学”，并为实现虚拟制造迈出第一步，使机械制造业的技术水平产生质的飞跃，促进我国装备制造业的发展。 是预测并保证材料热加工过程质量的先进手段，特别对确保关键大件一次制造成功，具有重大的应用背景和效益 。 我国重大机电设备研制、生产的一个难点是大件制造；大件制造的关键又是热加工。我国在2015年以前，水电、火电、核电、 冶金、矿山、石化、高速铁路等重大机电设备对关键大件制造均有迫切的需求。由于大件形大体重，品种多，批量小，生产周期长，造价高，迫切要求“一次制造成功”，一旦报废，在经济和时间上都损失惨重，无法挽回。由于传统的热加工工艺设计只能凭经验，采用试错法，无法对材料宏观、微观组织结构的演化进行理想控制，因而发生多次大件报废的惨痛事故，投入使用的大件，也难以消除缩孔、缩松、夹杂、偏析、热裂、冷裂、混晶等缺陷，很多大件带伤运行。建立在工艺模拟、优化基础上的热加工工艺设计技术，可以将“隐患”消灭在计算机模拟的反复比较中，从而确保关键大件一次制造成功，为国家创造巨大的经济和社会效益。 三、数值分析方法 边界元法包含的主要部分 基本解的特性及其选用。大多数基本解是前人已经得出的带奇异性的某个特殊问题的解。例如，在无限大弹性介质中的某点沿某方向受一集中力作用时的开尔文解；在无限大弹性介质中沿某个带状平面的两侧有一定量的相对位移时的克劳奇解等，边界元法的发展有赖于基本解的深入研究。 离散化及边界单元的选取。通过 Betti 互换定理为基础的 Somigliana 公式将问题转化为边界积分方程，再通过边界离散手段，将边界划分为有限个边界单元，将边界积分方程化为代数方程组求解。 叠加法与求解技术。当单元划分之后，剩下的主要问题就是将有限个奇异解叠加起来，使其在结点处的结果等于结点上已知的边界值，并由此得出基本方程，求出奇异解的待定量。 材料加工过程数值模拟基础 第一章 绪 论 §1.1 材料加工过程分析方法概述 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 三、数值分析方法 边界元法应用的不足之处 当需考虑材料中的体积力、温度变化、非线性或进行弹性分析时，在边界积分方程中包含有区域积分，因此也要在区域内划分网格，这样，边界元法的优点便得不到充分发挥。 边界元法必须求问题的基本解，尤其对于非线性问题，基本解的求出十分困难 材料加工过程数值模拟基础 第一章 绪 论 §1.1 材料加工过程分析方法概述 E