有限元法与塑性成形数值模拟技术PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1数值分析方法 1

1.1.1数值分析方法来源于工程实际 1

1.1.2数值分析方法分类 2

1.1.3有限元法的发展历史 3

1.2材料成形方法及数值模拟 4

1.2.1常用材料成形方法 4

1.2.2数值模拟方法及软件构成 4

1.3常用商业有限元软件 5

1.3.1大型通用有限元软件 5

1.3.2塑性成形专业有限元软件 7

复习题 9

第2章 弹性力学基本方程与变分原理 10

2.1弹性力学基本方程 10

2.1.1应力平衡方程 10

2.1.2几何变形方程（应变-位移关系） 11

2.1.3物理方程（应力-应变关系） 12

2.1.4边界条件 15

2.2变分原理与加权余量法 16

2.2.1变分原理 16

2.2.2加权余量法 17

复习题 18

第3章 一维问题的有限元法 20

3.1杆单元的位移模式及形状函数 20

3.1.1阶梯状二杆结构描述 20

3.1.2二节点杆单元位移模式及形状函数 21

3.2单元刚度矩阵 22

3.2.1单元应变及应力表达 22

3.2.2势能方法及单元刚度矩阵 22

3.3整体刚度矩阵的集成 23

3.3.1整体刚度矩阵的集成 23

3.3.2整体刚度矩阵的性质 25

3.4边界条件处理及求解 26

3.4.1边界条件的处理方法 26

3.4.2杆结构问题求解 27

3.5有限元法的一般解题步骤及计算实例 27

3.5.1有限元法的一般解题步骤 27

3.5.2计算实例 28

3.6杆单元的坐标变换 30

3.6.1平面问题杆单元的坐标变换 30

3.6.2空间问题杆单元的坐标变换 32

3.7平面四杆析架结构的有限元分析 33

3.7.1问题描述 33

3.7.2结构有限元分析的过程 33

复习题 36

第4章 连续体问题的有限元法 38

4.1连续体问题的离散化 38

4.2平面三节点三角形单元 39

4.2.1单元位移场的表达及形函数 39

4.2.2单元的应变场表达 41

4.2.3单元应力场的表达 42

4.2.4单元势能的表达及单元刚度方程 43

4.2.5三角形面积坐标与形函数 44

4.3整体刚度矩阵的集成及边界条件的处理 47

4.3.1整体刚度矩阵的集成 47

4.3.2边界条件的处理 48

4.4平面四节点矩形单元 53

4.4.1单元位移场的表达及形函数 53

4.4.2单元应变场的表达 54

4.4.3单元应力场的表达 55

4.4.4单元势能的表达及刚度方程 56

4.5位移函数构造与收敛性准则 58

4.5.1单元位移函数构造的一般性原则 58

4.5.2有限元解的收敛性 59

4.5.3协调元与非协调元 60

4.6轴对称问题及单元构造 60

4.6.1轴对称问题基本方程 60

4.6.2三节点三角形轴对称单元（环形单元） 61

4.7空间问题的单元构造 67

4.7.1四节点四面体单元 67

4.7.2八节点正六面体单元 70

复习题 72

第5章 等参单元及一般壳体单元 76

5.1引言 76

5.2等参元的概念及单元矩阵的变换 77

5.2.1等参元的概念 77

5.2.2单元矩阵的变换 79

5.3等参变换的条件 81

5.3.1等参变换的条件 81

5.3.2等参变换的实现 82

5.4数值积分 83

5.4.1数值积分的基本思想 83

5.4.2 Newton-Cotes数值积分 83

5.4.3 Gauss积分 84

5.5高阶等参元 86

5.5.1九节点四边形单元 86

5.5.2八节点四边形单元 88

5.5.3六节点三角形单元 89

5.5.4十节点四面体单元 90

5.5.5二十节点六面体单元 91

5.6一般壳体单元 93

5.6.1经典板壳理论 93

5.6.2单元几何形状的描述 94

5.6.3单元位移描述 95

5.6.4单元应变和应力的确定 96

5.6.5单元刚度矩阵和等效节点载荷向量的形成 98

5.6.6应力计算 99

复习题 99

第6章 刚塑性有限元理论基础 103

6.1引言 103

6.2塑性力学的几个基本概念 103

6.2.1应力、应变和应变速率 103

6.2.2屈服准则 107

6.2.3列维-密塞斯方程 112

6.2.4材料力学模型的简化形式 114

6.3刚（黏）塑性材料的变分原理 115

6.3.1刚塑性材料的基本假设 115

6.3.2刚塑性材料的力学基本方程及边值问题 115

6.3.3理想刚塑性材料的变分原理 117

6.3.4刚塑性材料的完全广义变分原理 117

6.3.5刚塑性材料的不完全广义变分原理 118

6.3.6刚（黏）塑性材料的变分原理 120

6.3.7刚塑性可压缩材料的变分原理 121

6.4刚塑性有限元求解的基本公式 123

6.4.1离散化 123

6.4.2单元应变率矩阵 126

6.4.3刚塑性有限元求解基本公式 129

6.4.4刚塑性有限元分析过程 134

第7章 体积成形数值模拟 136

7.1刚塑性有限元分析中若干技术问题的处理 136

7.1.1初始速度场的生成 137

7.1.2收敛判据 138

7.1.3摩擦条件的选取 139

7.1.4刚塑性交界面的处理 140

7.1.5速度奇异点的处理 140

7.1.6时问步长的确定 140

7.1.7网格的重划分 141

7.2体积成形专业软件DEFORM工作界面 141

7.2.1系统平台 141

7.2.2前处理器 142

7.2.3后处理器 142

7.3锻造过程仿真 142

7.3.1锻造实例及工艺分析 143

7.3.2锻造过程仿真 143

7.3.3缺陷预测 146

7.3.4锻造工艺优化（毛坯优化） 148

7.4挤压过程仿真 149

7.4.1挤压实例及工艺分析 150

7.4.2挤压成形过程仿真 152

7.4.3缺陷预测 153

7.4.4挤压工艺优化（凹模优化） 154

第8章 大变形弹塑性有限元理论基础 159

8.1引言 159

8.2小变形弹塑性有限元法 160

8.2.1弹塑性矩阵 160

8.2.2弹塑性有限元方程 161

8.2.3计算弹塑性有限元方程需注意的几个问题 162

8.2.4非线性方程组求解方法简介 164

8.3大变形弹塑性有限元主流算法 166

8.3.1 连续体运动的坐标描述 167

8.3.2大变形分析的应变度量 168

8.3.3大变形分析的应力度量 171

8.3.4计算构型的选择比较 174

8.3.5大变形弹塑性本构方程 177

8.3.6随动坐标系下的大变形理论 177

8.3.7大变形弹塑性有限元方程 180

8.4材料的力学模型 182

8.4.1屈服函数 182

8.4.2硬化模型 186

8.4.3流动法则及加、卸载准则 188

8.4.4屈服准则下的本构关系 189

8.5板料成形经典BT壳单元理论模型 194

8.5.1 BT壳单元的构造思想 194

8.5.2随动坐标系的定义 194

8.5.3应变速率的计算 195

8.5.4应力合成和节点力 197

8.5.5沙漏控制技术 198

第9章 板料成形数值模拟 200

9.1板料成形数值模拟有限元方程的求解 200

9.1.1动力显式时间积分方法 200

9.1.2静力隐式算法 201

9.1.3两种算法的比较 202

9.2板料成形数值模拟的接触问题的处理 202

9.2.1接触搜索 202

9.2.2接触力的计算 205

9.2.3摩擦力的计算 206

9.3板料成形数值模拟若干技术问题的处理 207

9.3.1模具网格划分方法 207

9.3.2坯料网格划分方法 208

9.3.3虚拟冲压速度及虚拟质量 210

9.3.4拉深筋等效阻力模型 210

9.3.5坯料预估 214

9.4板料成形专业软件DYNAFORM的工作界面 215

9.4.1 DYNAFORM软件主界面 215

9.4.2前置处理模块 216

9.4.3分析计算模块 216

9.4.4后置处理模块 217

9.4.5利用DYNAFORM模拟冲压成形过程的一般步骤 218

9.5冲压过程仿真实例分析 219

9.5.1冲压产品实例及工艺分析 219

9.5.2冲压成形仿真试验 220

9.5.3成形结果分析及成形缺陷的预测 224

9.5.4进行相应的冲压成形工艺参数优化设计仿真试验 225