塑性加工模拟课程总结.docx

前言金属塑性加工是利用金属的塑性，使金属材料在外力的作用下成形的一种工艺方法。按照工艺分为轧制、挤压、拉拔、锻造和冲压，按变形特征分为体积成形和板料成形。其中轧制就是金属发生连续塑性变形的过程，易于实现批量生产，因此生产效率高，是塑性加工中应用最为广泛的方法。利用轧制方法可以生产型材、板材和管材等，轧制产品占所有塑性加工产品的80%以上，钢铁、有色金属、某些稀有金属及其合金均可以采用轧制方法进行加工。由此可见，轧制在冶金工业及其国民经济生产中占有非常重要的地位。目前传统的研究方法仍旧主要处于经验和知识为依据，以“试错”为基本方法的工艺技术阶段。塑性加工生产工艺过程一般是会根据市场需求，对制品进行加工工艺性分析，确定切实可行的工艺方案，同时进行模具及工艺的设计和制造，然后利用模具按照设计的工艺规程进行生产，其中最关键的环节是：模具的设计、制造及工艺设计。设计的合理与否，直接决定着能否生产处满足要求的产品。在传统的模具设计与制造和工艺设计过程是一个基于经验知识的跨行业工作过程，企业的各个部门之间相互独立，专业化程度较高，设计和制造作为两个独立的环节，两者之间往往缺乏有机的信息沟通和反馈。这样一来，整个设计与制造过程需要经过设计、试制、设计修改的多次：试模-修模-试模-修模，反复的过程，直到生产出合格的产品，这就导致设计周期长、成本高、可靠性不好。这种“反复试直到设计合理”的方法是传统塑性加工工艺的重要特征，它使得产品质量靠检验来保证，而不是融入设计制造的全过程。特别是在当前我国钢铁行业整体低迷，并且竞争日趋激烈的情况下，对加工技术提出了更高的要求，比如低成本、精度高和高效率。因此，现代市场经济要求实现塑性加工制件的内在质量和尺寸精度的稳定性需要提高，为实现该目标，必须提高塑性加工技术的科学化和可控化水平。我们知道计算机数值模拟技术具有显著减少食盐量、缩短研发时间、提高命中率与信心和大幅度降低成本等优点。比如有限元分析技术，就是将结构离散化，用有限个容易分析的单元来表示复杂的对象，它只要改变单元的数目，就可以使解的精确度改变，得到与真实情况无限接近的解，它的迅速发展对材料加工技术的研究和发展起到了重要的促进作用。通过计算机数值模拟、过程仿真技术可极大限度优化成形加工方法和工艺，实现对制备、成形与加工全过程的精确设计与精确控制。图1有限元分析方法及应用在数值模拟技术当中，有限元分析技术是最重要的工程分析技术。它广泛应用于弹塑性力学、断裂力学、流体力学、热传导等领域。2.1有限元分析方法的概念有限元方法的基本思想是将结构离散化，用有限个容易分析的单元来表示复杂的对象，单元之间通过有限个节点相互连接，然后根据变形协调条件综合求解。由于单元的数目是有限的，节点的数目也是有限的，所以称为有限元法。这种方法灵活性大，只要改变单元的数目，就可以使解的精确度改变，得到与真实情况无限接近的解。有限元方法的基本理论要用到数学、力学方面的各种知识。对于一个应用工程师来说，他的目的是应用有限元方法去求解各种工程问题，目前市场上各种功能强大的有限元程序包很多，这些程序包使用方便，也不需要对有限元法进行很深入的了解，即可应用这些程序求解工程问题。因此，对于一般的工程技术人员来说，只需要花很少的时间了解一些有限元的基本知识即可，不需要对它的理论背景作更深入的研究。有限元分析是一种模拟设计载荷条件，并且确定在载荷条件下的设计响应的方法。这种包含有限个未知量的有限元模型，只能近似具有无限未知量的实际系统的响应。2.2有限元方法处理过程有限元方法处理过程包括一下几个部分：被研究问题的提出及被研究对象的确立；选择合适的有限元求解器；选择合适的前处理；分析研究对象、物理参数、确定简化方案；几何模型的建立；单元模型、网格划分、材料定义；载荷、约束及边界条件的加载；有限元初始文件的输出及编辑；调用求解器进行求解；后处理。2.3常见的有限元软件目前在市场上常见的有限元软件包括：1、前处理软件常用的包含ANSYS/Pre,PATRAM,HyperMesh,VPG,DEFORM等。2、求解器NASTRAM,ANSYS,MARC,LS-DYNA等。3、后处理LS-POST,ETA/Post,PATRAM,DEFORM等。评价一款有限元软件的好坏没有一个统一标准，但是随着市场经济的发展，对于购买软件并使用软件的企业或者个人来说：1、计算的精确性计算的结果能否真实的反映实际问题；2、速度问题能否及时的得到问题的计算结果；3、达到熟练操作及所关心问题的学习过程的难易程度。2.4有限元处理中需注意的问题2.4.1单元位移模式及自由度的概念单元位移模式的选择是为了通过单元节点位移描述单元内部任一点的位移变化的函数。自由度就是在一个未约束的动力或其他系统中，为了完全确定该系统在给定时刻的状态所需