塑性成形数值模拟

前言

第1章 绪论

1.1 概述

1.2 塑性成形工艺模拟及方法

1.2.1 塑性成形工艺的特点

1.2.2 塑性成形研究的目标和任务

1.2.3 塑性成形模拟分析方法

1.3 塑性成形中的有限元法概述

1.3.1 塑性有限元法的分类

1.3.2 有限元法发展历程与趋势

思考题

第2章 数学理论基础

2.1 变分法

2.1.1 泛函和泛函极值

2.1.2 弹性力学的变分原理

2.1.3 弹性理论的广义变分原理

2.1.4 里茨（Ritz）法

2.2 加权余量法

2.2.1 加权余量法的基本思想

2.2.2 加权余量法的基本方法

2.3 非线性方程组求解方法

2.3.1 直接迭代法

2.3.2 牛顿拉弗森（Newton Raphson）迭代法

2.3.3 载荷增量法

2.3.4 增量迭代法

思考题

第3章 刚塑性有限元法原理

3.1 概述

3.2 刚塑性材料变形的变分原理

3.2.1 刚塑性变形的边值问题

3.2.2 刚塑性变形的马尔可夫（Markov）变分原理

3.2.3 刚塑性变形的广义变分原理

3.3 塑性边界条件及泛函

3.3.1 边界条件

3.3.2 摩擦力计算模型

3.3.3 摩擦功率公式

3.4 刚性区的处理

思考题

第4章 平面应变问题

4.1 概述

4.2 四节点四边形单元

4.2.1 四节点四边形单元的形函数

4.2.2 单元应变率矩阵

4.3 刚塑性有限元列式

4.3.1 单元刚度方程

4.3.2 体积积分公式

4.3.3 整体刚度方程

4.4 接触边界条件的处理

4.4.1 接触边界的离散化

4.4.2 摩擦功率的有限元公式

4.4.3 速度约束条件的引入

4.5 刚塑性有限元分析求解步骤

4.5.1 刚塑性有限元分析方法

4.5.2 刚塑性有限元分析步骤

思考题

第5章 轴对称问题与空间问题

5.1 概述

5.2 形函数与单元刚度方程

5.2.1 轴对称单元

5.2.2 四面体单元

5.2.3 八节点六面体单元

5.2.4 轴对称单元的有限元公式

5.2.5 六面体单元的有限元公式

5.3 接触边界条件的处理

5.3.1 接触边界的离散化

5.3.2 摩擦功率的有限元公式

思考题

第6章 变形与传热的耦合分析6.1 概述

6.2 塑性成形中传热问题的基本理论

6.2.1 含内热源的瞬态热传导问题

6.2.2 初始条件和边界条件

6.3 有限元公式与求解

6.3.1 传热问题的变分原理

6.3.2 有限元公式

6.3.3 瞬态传热问题的解法

6.4 耦合分析技术

6.4.1 耦合迭代法

6.4.2 分开迭代法

思考题

第7章 刚塑性有限元法实施中的关键技术

7.1 初始速度场确定

7.1.1 近似泛函法

7.1.2 直接迭代法

7.2 模具型腔的几何描述

7.2.1 代数法

7.2.2 NURBS法

7.3 动态接触边界的自动处理技术

7.3.1 基于代数法的自由节点接触模具的判断

7.3.2 基于NURBS的自由节点接触模具判断

7.3.3 增量时间步长Δtm的确定

7.3.4 接触节点的位置调整

7.3.5 边界接触节点的脱模判断

7.4 有限元网格畸变与网格重分

7.4.1 网格重新划分的判别准则

7.4.2 网格重新划分的技术方法

7.4.3 新旧网格间的数据转换

思考题

第8章 刚塑性有限元建模基础

8.1 概述

8.2 材料屈服应力模型

8.2.1 理想刚塑性材料

8.2.2 刚塑性硬化材料

8.2.3 刚塑性可压缩材料

8.3 工件与模具接触界面参数

8.3.1 模具与工件之间的摩擦

8.3.2 工件与模具之间的热量传递

8.4 再结晶模型

8.4.1 热变形中金属的再结晶

8.4.2 动态再结晶动力学模型

8.4.3 静态再结晶动力学模型

8.4.4 亚动态再结晶动力学模型

思考题

第9章 刚（黏）塑性有限元模拟应用

9.1 概述

9.2 锻造成形工艺

9.2.1 大型锻件自由锻工艺模拟

9.2.2 模锻

9.3 挤压成形工艺

9.3.1 挤压工艺简介

9.3.2 半轴套管热挤压成形数值模拟与实验

9.3.3 汽车半轴花键冷挤压工艺数值模拟

9.4 轧制成形工艺

9.4.1 轧制成形工艺概述

9.4.2 中空钢轧制过程数值模拟

9.5 其他

9.5.1 护环热成形微观组织模拟

9.5.2 大型核电SG水室封头热拉深成形

思考题

第10章 刚塑性有限元模拟软件DEFORM

10.1 DEFORM 3D软件简介

10.1.1 DEFORM的发展史

10.1.2 DEFORM 3D软件的特点

10.2 DEFORM 3D软件的模块结构

10.2.1 前处理器

10.2.2 模拟处理器

10.2.3 后处理器

10.3 DEFORM 3D软件功能介绍

10.3.1 操作图标的功能

10.3.2 前处理功能操作

10.3.3 后处理功能操作

10.4 DEFORM 3D软件应用实例

10.4.1 顶凸垫锻压成形模拟前处理

10.4.2 进行求解计算

10.4.3 后处理

思考题

参考文献

有限元方法是解决工程问题的强有力的数值分析方法之一，《塑性成形数值模拟/普通高等教育“十二五”规划教材》在介绍刚塑性有限元相关理论及方法的基础上，重点就有限元模拟的关键技术、变形与传热耦合分析、微观组织结构演变模拟预测、材料模型建立及简化方法进行了阐述。在此基础上，使用商用软件DEFORM作为平台介绍了刚塑性有限元软件的应用，并给出了一些工程问题的计算实例和相应的分析结果。全书共分10章，第1章介绍了有限元模拟方法的发展、分类等基本知识；第2～第5章介绍了刚塑性有限元基本理论；第6章介绍了变形与传热耦合分析技术；第7章介绍了有限元模拟的关键技术；第8～第10章介绍了有限元建模方法、有限元软件应用，每章后配有相应的思考题。