锻造过程无网格迦辽金法数值模拟技术的研究

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1、山东大掌硕士学位论文锻造过程无网格伽辽金法数值模拟技术的研究摘要金属塑性成形技术在金属零件的制造过程中起着十分重要的作用。它不仅具有生产效率高、产品质量稳定、原材料消耗少的优点，而且还可以有效地改善工件的组织性能。对于成形过程进行模拟不仅可以减少实验成本，而且能够提前发现成形过程中的问题，对于工程实践具有重要的指导意义。随着计算机技术的发展和数值计算方法的日益完善，有限元方法成为应用较为广泛的数值模拟技术。但是，当工件变形到一定程度时，有限元网格将产生畸变现象，此时，这种以单元作为基本概念的有限元方法面lI缶着一些难以处理的问题。无网格方法基于离散

2、节点的近似，避免了有限元方法对于网格的依赖，在涉及到网格畸变的大变形问题分析中具有一定的优势，并且在数据准备和后处理方面也比有限元方法灵活简单。无网格方法作为一种较为新颖的数值方法，经过十余年的发展，已经逐渐应用于金属塑性成形过程的模拟，并且取得了一定的成果。但是对于非稳态大变形金属塑性成形问题，由于成形过程的复杂性，许多关键应用技术还有待于研究。尤其当金属流动比较剧烈或变形比较复杂时，由于节点分布的非均匀性增强和变形域形状更加复杂，速度场的近似精度和变形域的积分精度会有所下降，进而导致数值模拟出现错误。镦粗是典型的锻造过程，对于其成形过程的金属流

3、动规律以及应力应变分布等已经有了较多的研究。本文主要在原有的无网格分析程序基础上针对镦粗过程进行了数值模拟，研究了摩擦系数、权函数影响域半径和离散点数目等因素对于无网格法的精度和效率的影响。研究发现摩擦力的存在是镦粗产生鼓形的主要原因，随着摩擦力的增大，镦粗成形过程的载荷力越大；而且摩擦力越大，镦粗成形的变形不均匀程度越大。影响域半径是无网格伽辽金法的一个重要参数。本文在其它模拟参数不变的情况下，研究了影响域半径对无网格方法计算能力和计算效率的影响。影响域半径过小会出现无网格法无法模拟的情况，随着影响域半径的增大，无网格法能够模拟的变形程度随之增大

4、，但是当影响域半径增大到一定的程度，其模摘要拟能力变化不大。所以合理选择影响域半径对于无网格方法是很重要的。离散点的数目对无网格方法的分析效率和分析精度影响很大。通过模拟分析可知，增加离散点的数目能够更好地反映金属的流动趋势，还可以提高模拟精度，但是增加离散节点数目会显著降低模拟效率。所以在对变形体进行离散时，要根据具体情况协调好计算效率和分析精度之间的关系。以上各种分析与有限元方法的分析结果进行了对比研究，在相同的模拟参数情况下，二者的分析结果吻合程度较高，由此验证了所建立的无网格伽辽金法基本理论以及程序的准确性和稳定性，为无网格伽辽金法在金属塑

5、性成形分析中的应用奠定了基础。采用无网格伽辽金法对等通道90。弯角挤压进行了模拟，研究了模具圆心角和摩擦系数这两大因素对于等通道弯角挤压的影响。研究表明模具圆心角越小，挤压件的等效应变分布越均匀，但是模具圆心角越小，挤压载荷越大，模具承受的变形抗力越大，严重影响模具的使用寿命。摩擦系数对等效应变的影响较小，对挤压载荷影响显著。为了减小载荷，必须采取措施来减小工件与模具之间的摩擦。关键词：数值模拟；无网格伽辽金法；有限元法；圆柱体镦粗：等通道弯角挤压Ⅱ山东大掌硕士掌位论文ResearchonNumericalSimulationinForgingPr

6、ocessBasedonElementFreeGalerkinMethodMetalformingplaysallimportantroleinmetalpartmanufacturing．Itsadvantagesalenotonlyinitshighproductivity,stablequality,andlowcostofrawandprocessedmaterials，butalsoinitscharacteristicsofimprovingthemicrostmctureperformancedramatically．Itishelp

7、fultosimulatetheformingprocess．which伽notonlycutdowntheexperimentcost,butalsofindtheproblemsaheadofschedule．Withthedevelopmentofcomputertechnologyandcomputationalmethods，theFiniteElementMethod(FEM)gainedgreatachievementandwasappliedwidelyinmanyengineeringfields．AlthoughFEMachie

8、vesgreatSUCCESSinthenumericalsimulationofmetalformingprocess，