金属塑性加工有限元模拟技术与应用PDF电子书下载

1 绪论 1

1.1 概述 1

1.2 塑性加工工艺模拟及其方法 2

1.2.1 塑性加工工艺的特点 2

1.2.2 塑性加工研究的目标和任务 4

1.2.3 模拟分析方法 7

1.3 塑性加工中的有限元法概述 9

1.3.1 塑性有限元法的分类 9

1.3.2 有限元法发展历程与趋势 10

2 塑性理论基础 13

2.1 无限小变形理论 13

2.1.1 应力、应变和应变速率 13

2.1.2 屈服条件 15

2.1.3 塑性势与流动法则 16

2.1.4 应变强化、等效应力和等效应变 18

2.1.5 极值原理 20

2.2 黏塑性理论 21

2.2.1 黏性与黏塑性 21

2.2.2 黏塑性本构关系 22

2.2.3 极值原理 23

2.3 可压缩材料塑性理论 23

2.3.1 屈服条件 23

2.3.2 本构关系 24

2.3.3 可压缩参数 g 对体积变化的影响 26

3 刚塑性有限元法 28

3.1 概述 28

3.2 刚塑性材料的变分原理 28

3.2.1 刚塑性材料的边值问题 28

3.2.2 理想刚塑性材料的变分原理 29

3.2.3 刚塑性材料不完全广义变分原理 31

3.3.1 刚塑性可压缩材料的边值问题 34

3.3 刚塑性可压缩材料的变分原理 34

3.3.2 变分原理 35

3.3.3 几种体积不可压缩约束处理方法的比较 35

3.4 刚黏塑性材料的变分原理 36

3.5 塑性边界条件及其泛函 37

3.5.1 边界条件 38

3.5.2 摩擦力计算模型 38

3.5.3 摩擦功率公式 39

3.6 刚性区的处理 40

4 平面应变与轴对称问题 42

4.1 概述 42

4.2 四节点的四边形单元 42

4.2.1 单元与形函数 43

4.2.2 单元应变率矩阵 44

4.3.1 刚度方程 47

4.3 刚塑性有限元列式 47

4.3.2 体积积分公式 53

4.4 二维接触应力边界条件处理 55

4.4.1 接触边界的离散化 55

4.4.2 摩擦功率的有限元公式 55

4.5 单元刚度方程的组装及求解 56

4.5.1 整体刚度方程的集成 56

4.5.2 整体刚度矩阵的存储 58

4.5.3 速度约束条件的引入 60

4.6 刚塑性有限元模拟分析步骤 63

4.6.1 增量变形分析方法 63

4.6.2 模拟分析步骤 64

5 空间问题 65

5.1 概述 65

5.2 单元与形函数 65

5.2.1 四面体单元 65

5.2.2 八节点六面体单元 67

5.3 八节点六面体单元的有限元公式 68

5.3.1 应变率矩阵 68

5.3.2 单元刚度矩阵和列向量 70

5.4 三维接触应力边界条件处理 70

5.4.1 接触边界切法向局部坐标系的确定 70

5.4.2 摩擦功率的有限元公式 71

6 刚塑性有限元法实施中的关键技术 73

6.1 初始速度场确定 73

6.1.1 近似泛函法 74

6.1.2 直接迭代法 75

6.2 模具型腔的几何描述 77

6.2.1 代数法 77

6.2.2 NURBS 法 80

6.3 动态接触边界的自动处理技术 81

6.3.1 自由节点接触模具的判断 82

6.3.2 接触节点的位置调整 85

6.3.3 边界接触节点的脱模判断 86

6.4 有限元网格畸变与网格重分 86

6.4.1 网格重新划分的判别准则 86

6.4.2 网格重划技术 89

6.4.3 新旧网格间的数据转换 95

7 变形与传热的耦合分析 100

7.1 概述 100

7.2 塑性加工传热问题的基本理论 100

7.2.1 含内热源的瞬态热传导问题 100

7.2.2 初始条件和边界条件 101

7.3 有限元公式与求解 102

7.3.1 传热问题的变分原理 102

7.3.2 有限元公式 104

7.3.3 瞬态传热问题的解法 106

7.4 耦合分析技术 107

7.4.1 耦合迭代法 108

7.4.2 分开迭代法 109

7.5 传热分析中的动态边界条件处理 109

8 模拟实例 111

8.1 快速车轮成形过程的模拟 111

8.1.1 车轮轧锻工艺 111

8.1.2 有限元模拟分析 111

8.2 曲轴 RR 法镦锻过程模拟分析 116

8.2.1 RR 法镦锻装置原理 116

8.2.2 曲轴 RR 法自由成形模拟 117

8.2.3 曲轴 RR 限制成形的模拟 122

8.3 护环热成形微观组织模拟 125

8.3.1 护环扩挤复合热成形工艺 125

8.3.2 计算模型 125

8.3.3 模拟结果 126

9.1 概述 129

9 有限元模拟技术的集成化和智能化 129

9.2 塑性加工计算机辅助设计与分析智能化集成(CAD/CAE) 130

9.2.1 塑性 CAD 和 CAE 智能化集成的原理 130

9.2.2 CAD 和 CAE 集成的关键技术 130

9.3 基于人工智能的模拟系统 133

9.3.1 模拟分析及其专家求解方法 133

9.3.2 智能化的分析系统 136

附录 二维刚黏塑性有限元模拟程序 138

A-1 程序功能特点 138

A-2 程序结构 138

A-3 程序使用说明 141

A-4 计算例题 144

A-5 源程序 145

索引 206

参考文献 211