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《计算机模拟在金属塑性成形的应用及其基本理论.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、材料塑性成形与计算机模拟学院（系）机械工程学院专业班级材料10802班级序号25学生姓名张沛计算机模拟在金属塑性成形的应用及一些基本理论摘要计算机模拟技术在材料科学领域中应用日益广泛，本文综述了这方面的研究现状。介绍了材料成形中计算机模拟技术的常用软件，并详述了其在金属塑性成形方面的应用。介绍了塑性变形有限元分析软件DEFORM的模块结构。简述了结构有限元分析中的网格划分的基本理论。关键字计算机模拟金属材料材料成型；DEFORM软件；有限元分析；网格划分一．引言随着计算机技术的高速发展，已经可以通过事先的工艺设计和过程控制取代单凭经验积累和试错法方式来制备材料。计算机模拟是在计算机上通过系
2、统模型模拟一个实际存在或正在设计中的真实系统，以再现（实现可视化）或分析（数值计算）真实系统的本质特征，作为理论与实践相补充的第三种有效手段和方法，目前它已成为解决材料科学和工程中实际问题的重要手段。在计算机上进行的模拟实验，基本不受实验条件、时间和空间的限制，具有极大的灵活性和随机性。而且它可以替代许多难以或无法实施的实验，解决～般方法难以求解的大型系统问题。最近几年,随着计算科学的快速发展和有限元技术应用的日益成熟,CAE技术模拟分析金属在塑性变形过程中的流动规律在现实生产中得到愈来愈广泛的应用。CAE技术的成功运用,不仅大大缩短了模具和新产品的开发周期,降低了生产成本,提高企业的市场
3、竞争能力,而且有利于将有限元分析法和传统的实验方法结合起来,从而推动模具现代制造业的快速发展。二、金属塑性成形的计算机模拟金属塑性成形中涉及到复杂的物理现象和模具形状，难以进行精确的理论分析。如何及时和正确地评价工艺和模具设计的可行性，以保证生产出合格的产品，还没有得到很好的解决。塑性成形过程中的计算机模拟技术的应用是解决这个问题的有力手段，塑性成形过程的计算机模拟是在计算机上对金属塑性成形过程进行实时跟踪描述，并通过计算机图形系统演示整个过程的技术。其目的在于通过建立分析模型对金属的变形、应力、应变和组织等进行仿真，实现对工艺过程、毛坯形状以及模具结构的优化，可缩短研发周期，提高产品质量
4、，延长模具寿命，降低成本。在国外，塑性成形数值模拟已成为某些大型企业新产品开发链条中不可缺少的一环，同时数值模拟对优化已有产品的生产工艺同样具有重要意义。随着计算机技术的飞速发展和数学算发的改进，三维模拟技术已日臻成熟．逐渐取代二维模拟技术，并开始在工业界得到推广应用，用来解决复杂工件的成形问题。但它目前在应用中也还存在一些问题，如应用范围的局限性、用户界面对友好性等，在应用需求和相关技术进步的推动下，塑性成形模拟技术必将获得更大发展。三．DEFORM系统1DEFORM系统简介DEFORM(Designenvironmentforforming)是由美国BattelleColumbus实验
5、室在八十年代早期着手开发的一套有限元分析软件。早期的DEFORM-2D软件只能局限于分析等温变形的平面问题或者轴对称问题。随着有限元技术的日益成熟,DEFORM软件也在不断发展完善,目FORM-3D),此外,DEFORM软件可视化的操作界面以及强大而完善的网格自动再划分技术,都使DEFORM这一商业化软件在现代工业生产中变得愈来愈实用而可靠。2 DEFORM软件的模块结构DEFORM-2D和DEFORM-3D的模块结构基本相同,都由前处理器、拟处理器和后处理器三大模块组成,不同的是DEFORM-2D自身可以制作简易的线框模具,DEFORM-3D不具备实体造型能力,但它提供一些通用的CAD数
6、据接口,如IGES和STL接口。2.1 前处理器前处理器包括三个子模块(1)数据输入模块,便于数据的交互式输入,如:初始速度场、温度场、界条件、头行程以及摩擦系数等初始条件。(2)网格的自动划分与自动再划分模块。(3)数据传递模块,当网格重划分后,能够在新旧网格之间实现应力、变、度场、界条件等数据的传递,从而保证计算的连续性。2.2 模拟处理器真正的有限元分析过程是在模拟处理器中完成的,DEFORM运行时,首先通过有限元离散化将平衡方程、构关系和边界条件转化为非线形方程组,然后通过直接迭代法和Newton-Raphson法进行求解,求解的结果以二进制的形式进行保存,用户可在后处理器中获取所
7、需要的结果。2.3 后处理器后处理器用于显示计算结果,结果可以是图形形式,也可以是数字、文字混编的形式。可获取的结果可为每一步的(1)有限元网格;(2)等效应力、效应变以及破坏程度的等高线和等色图;(3)速度场;(4)温度场;(5)压力行程曲线等。此外用户还可以列点进行跟踪,对个别点的轨迹、力、变、坏程度进行跟踪观察,并可根据需要抽取数据。三．有限元网格划分有限元网格划分是进行有限元数值模拟分析至关重要的一步，它直接影响
