材料加工过程数值模拟基础解说.ppt

四、实验/解析分析方法 相似理论法 相似条件： 模型与原型间几何形状相似； 模型与原型的应力－应变曲线近似，即材料的弹塑性相似、泊桑比相同、硬化指数 “n” 和应变速率敏感系数 “m” 近似； 模型与原型载荷相似，包括载荷性质、加载方式、部位、方向和路径等； 模型与原型间温度分布相似； 模型与原型边界条件相似，包括约束相似、边界摩擦系数相同。 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 四、实验/解析分析方法 相似理论法 方法 网格法 视塑性法 云纹法 层状塑泥法 光塑性法 逆网格法 ( 记忆光塑性法 ) 模型测量方法 在试件对称剖分面上作网格，变形后由剖分面上的网格节点求位移场和应变场 在试件对称剖分面上作网格，变形后由剖分面上的网格节点求位移场，然后根据塑性力学基本方程计算应变速率和应力的分布值。 在试件剖分面上贴上云纹试件栅，变形后与基准栅干涉放大后，求得位移场和应变场 用不同颜色的塑泥薄片制成试件，变形后由颜色较先确定节点位移求得位移场和应变场 在变形后的整体模型上切片测量，并求解应变场 在变形后的整体模型上切片作网格，复位处理后由网格求位移场和应变场 特点 只能得到对称剖分面的信息 只能得到对称剖分面的信息 只能得到对称剖分面与表面的信息 限于定性及半定性分析 尚未解决三维应变解的问题 整体模型变形 使用范围 对称性剖分面 对称剖分面 对称性剖分面与外表面 任意截面 任意截面 任意截面 精度 一般 只要能够建立适当的位移场,精度较高。 较高 较低 较高 一般 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 四、实验/解析分析方法 相似理论法的发展 传统的物理模拟要求原型体和模型体一定要几何形状载荷边界条件和本构关系相同或相似，为了达到这些要求特别是为了达到本构关系相同或相似的要求，人们对模拟材料研究投入了大量人力物力和财力但终不能奏效。 放弃这一传统的物理模拟概念，定义的物理模拟是几何形状相同或相似，但受力边界条件和本构关系均不相同，模型体和原型体进行对耦解转换。 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 一、金属加工问题概述 金属成形材料模型 ( 1 ) 弹－塑性 ( 2 ) 弹－粘塑性 ( 3 ) 刚－塑性 ( 4 ) 刚－粘塑 a、弹－塑性 b、刚－塑性 c、刚－粘塑性 d、弹－粘塑性 材料模型 材料加工过程数值模拟基础 第一章 绪 论 §1.2 材料加工过程有限元模拟方法的基本内容 一、金属加工问题概述 金属塑性成形两类问题－－体积成形与板材成形概述 体积成形 ( Bulk Metal Forming ) 体积成形的特征 工件发生了大的塑性变形，并且伴随着显著的形状变化与截面的改变，材料的体积大量转移； 工件发生永久性塑性变形的变形量远大于弹性变形量，因此弹性回复可以忽略不计； 材料的变形为大应变问题。 体积成形范畴的塑性成形工艺 镦粗、闭式模锻、开式模锻、自由锻、径向锻造、正挤压、反挤压、复合挤 压、轧厚板、轧管、型轧、旋压、摆碾、拉拔等。 材料加工过程数值模拟基础 第一章 绪 论 §1.2 材料加工过程有限元模拟方法的基本内容 一、金属加工问题概述 体积成形 ( Bulk Metal Forming ) 体积成形工艺的重要组成部分－－锻造成形 半精密成形 ( Near Net - shape Manufacturing )，如自由锻、胎模锻和开式模锻等，最终零件由锻件切削加工而成。 精密成形 ( Net-shape Forming )，如小飞边闭式模锻，直接生产最终零件，如汽车、拖拉机用圆锥齿轮可以直接精锻，齿面无需进一步 的机械加工。 锻造工艺主要的两类成形方式 坯料的高度减小，横截面积增加，称之为圆饼类零件成形，如镦粗； 坯料的长度增加，横截面积减小，称之为长轴类零件成形，如滚挤和拔长。 材料加工过程数值模拟基础 第一章 绪 论 §1.2 材料加工过程有限元模拟方法的基本内容 一、金属加工问题概述 体积成形特点 采用锻造方法生产的零件由于具有材料的综合机械性能好、纤维组织基本保持连续和材料利用率高； 锻造温度、成形速度、模具表面的摩擦与润滑、坯料的形状、模腔的形状和变形程度等，直接影响锻件的成形质量； 自由锻造坯料表面与模具表面接触的边界与总边界的面积比基本维持不变，成形时载荷变化不大，增大值是由于温度降低和材料加工硬化导致的变