吉林大学-塑性加工数值模拟

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1、单位代码：10183吉林大学题目：塑性加工数值模拟12目录1.综述22.锻造成型过程的中的数值模拟32.1正向模拟技术32.2反向模拟技术43.板料成形中的数值模拟63.1典型成型过程63.2采用的力学模型73.3板料数值模拟的模型73.3.1材料模型73.3.2壳体模型84.挤压成型中的数值模拟94.1挤压过程有如下特点：104.参考文献1112塑性加工数值模拟1.综述金属塑性成形是现代制造业中金属加工的重要方法之一。金属塑性加工是国民经济的基础制造产业，被广泛应用于许多工业生产部门，在国民经济中占有极为重要的地位。随着全

2、球经济竞争的日趋激烈，低成本、高质量和高效率成为制造业企业在竞争中取胜的关键因素，也成为制造业企业追求的目标。这种市场竞争和产品的快速更新换代，对产品开发周期与成本及产品质量的要求日益提高，对精密成形工艺和模具设计水平的要求越来越高。计算机与信息技术的发展，使现代制造业正经历着一场深刻的变革—仿真制造/虚拟制造一制造业信息化。这些新特点、新要求都要有相应的数字化和科学化的塑性成形工艺和模具设计方法及其软件的支撑。需要研究和开发基于数值模拟技术和计算机技术的模拟优化设计系统，以不断满足制造工艺和工装设计数字化的要求。随着计算机

3、软硬件技术的发展及金属塑性流动理论的成熟，使得塑性成形过程的计算机数值模拟得以实现。利用数值模拟方法，可以实时跟踪描述金属的流动行为，模拟成形过程，揭示金属的流动规律，研究各种因素对金属变形行为的作用与影响，方便地确定成形过程各个阶段所需的变形功和载荷，获得工件及模具的内部应力、应变、温度分布和金属流动规律，预测工件的成形状况、残余应力、缺陷、晶粒度和晶粒取向分布等，为金属塑性成形工艺和模具设计提供了强有力的工具。二十世纪七十年代以来，随着计算机科学的迅速发展，基于有限元法的计算机数值模拟被用于轧制成形、板壳成形、弯曲成形、

4、深拉延成形、挤压及锻造成形等各种金属成形工艺过程。例如：爱尔兰Dublin市立大学的AhmedM.和HashmiM.S.J.运用有限元模拟软件ANSYS对板料有模和无模胀形进行了模拟比较。英国Birmingham大学DeanT.A.&HuZ.12M.对钦合金机翼的精密锻造成形过程针对不同部位分别进行了二维和三维数值模拟。芬兰HelsinkUniversityofTechnology的AnderssonK.利用DEFORM软件对吊环的热锻成形进行了数值模拟。英国BalendraR.利用PATRAN前、后处理软件对冷态反挤压成形

5、杯形件的FE数值模拟的几何精度进行了预测。美国Battelle研究院TaylanAltan于二十世纪八十年代初在美国空军基金的资助下，主持研制成功大塑性递增变形分析程序ALPID(AnalysisofLargePlasticIncrementalDeformation)，主要用于平面问题和轴对称问题，1990年在型轧三维分析以及拉延与反拉延的稳定分析方面取得一定进展。巴西联邦南里约格朗德大学SirioSchaefterYingShengjie利用有限元计算机模拟分析软件CAPS-Finel对AIS工304钢的圆环压缩实验的摩

6、擦、冷、温挤压变形抗力和成形缺陷折叠等进行了模拟分析。2.锻造成型过程的中的数值模拟将数值模拟方法运用于锻造成形过程，主要有正向模拟技术(ForwardSimulation)和反向模拟技术(BackwardorReverseSimulation)。正向模拟是从坯料开始，模拟工件在模具作用下的整个成形过程，以获得工件的变形情况和各种场变量的分布。反向模拟是从具有假定的应变分布和速度分布的终锻件开始，反向跟踪达到给定工件形状和应变分布所经历的变形路径，以确定预成形形状和初始坯料，故这种模拟方法又称为反向跟踪(BackwardTr

7、acking)。反向模拟过程中，上下模彼此逐步分离，材料随之逐步脱离模腔，回缩为一定形状的中间毛坯或原始坯料。2.1正向模拟技术12一般模具设计都要经历初始设计，验证设计结果，修改设计，再验证的反复过程。基于经验性准则和基于物理模拟技术的锻造成形过程设计，其验证或用真实材料的试错法，或用替代材料的物理模拟技术实现。这两种方法都会造成材料、设备和时间的浪费。用数值模拟技术来实现对锻造成形过程设计的验证，可充分了解锻造成形过程各个局部、各个阶段的变形情况，不仅可大大减少模具设计和开发的成本，减少试错用设备，提高工具寿命，改善锻件

8、质量，而且可增强对缺陷形成现象的解释能力。正向模拟是从坯料开始，模拟工件在模具作用下的整个成形过程，以获得工件的变形情况和各种场变量的分布。数值模拟方法中较为精确且被广泛使用的方法为有限元法。当前己有一些大型的通用数值模拟商品化软件，如DEFORM,AUTO-FORGE,FORGE3等，为