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1 绪论1

1.1 概述1

1.2 塑性加工工艺模拟及其方法2

1.2.1 塑性加工工艺的特点2

1.2.2 塑性加工研究的目标和任务4

1.2.3 模拟分析方法7

1.3 塑性加工中的有限元法概述9

1.3.1 塑性有限元法的分类9

1.3.2 有限元法发展历程与趋势10

2 塑性理论基础13

2.1 无限小变形理论13

2.1.1 应力、应变和应变速率13

2.1.2 屈服条件15

2.1.3 塑性势与流动法则16

2.1.4 应变强化、等效应力和等效应变18

2.1.5 极值原理20

2.2 黏塑性理论21

2.2.1 黏性与黏塑性21

2.2.2 黏塑性本构关系22

2.2.3 极值原理23

2.3 可压缩材料塑性理论23

2.3.1 屈服条件23

2.3.2 本构关系24

2.3.3 可压缩参数 g 对体积变化的影响26

3 刚塑性有限元法28

3.1 概述28

3.2 刚塑性材料的变分原理28

3.2.1 刚塑性材料的边值问题28

3.2.2 理想刚塑性材料的变分原理29

3.2.3 刚塑性材料不完全广义变分原理31

3.3.1 刚塑性可压缩材料的边值问题34

3.3 刚塑性可压缩材料的变分原理34

3.3.2 变分原理35

3.3.3 几种体积不可压缩约束处理方法的比较35

3.4 刚黏塑性材料的变分原理36

3.5 塑性边界条件及其泛函37

3.5.1 边界条件38

3.5.2 摩擦力计算模型38

3.5.3 摩擦功率公式39

3.6 刚性区的处理40

4 平面应变与轴对称问题42

4.1 概述42

4.2 四节点的四边形单元42

4.2.1 单元与形函数43

4.2.2 单元应变率矩阵44

4.3.1 刚度方程47

4.3 刚塑性有限元列式47

4.3.2 体积积分公式53

4.4 二维接触应力边界条件处理55

4.4.1 接触边界的离散化55

4.4.2 摩擦功率的有限元公式55

4.5 单元刚度方程的组装及求解56

4.5.1 整体刚度方程的集成56

4.5.2 整体刚度矩阵的存储58

4.5.3 速度约束条件的引入60

4.6 刚塑性有限元模拟分析步骤63

4.6.1 增量变形分析方法63

4.6.2 模拟分析步骤64

5 空间问题65

5.1 概述65

5.2 单元与形函数65

5.2.1 四面体单元65

5.2.2 八节点六面体单元67

5.3 八节点六面体单元的有限元公式68

5.3.1 应变率矩阵68

5.3.2 单元刚度矩阵和列向量70

5.4 三维接触应力边界条件处理70

5.4.1 接触边界切法向局部坐标系的确定70

5.4.2 摩擦功率的有限元公式71

6 刚塑性有限元法实施中的关键技术73

6.1 初始速度场确定73

6.1.1 近似泛函法74

6.1.2 直接迭代法75

6.2 模具型腔的几何描述77

6.2.1 代数法77

6.2.2 NURBS 法80

6.3 动态接触边界的自动处理技术81

6.3.1 自由节点接触模具的判断82

6.3.2 接触节点的位置调整85

6.3.3 边界接触节点的脱模判断86

6.4 有限元网格畸变与网格重分86

6.4.1 网格重新划分的判别准则86

6.4.2 网格重划技术89

6.4.3 新旧网格间的数据转换95

7 变形与传热的耦合分析100

7.1 概述100

7.2 塑性加工传热问题的基本理论100

7.2.1 含内热源的瞬态热传导问题100

7.2.2 初始条件和边界条件101

7.3 有限元公式与求解102

7.3.1 传热问题的变分原理102

7.3.2 有限元公式104

7.3.3 瞬态传热问题的解法106

7.4 耦合分析技术107

7.4.1 耦合迭代法108

7.4.2 分开迭代法109

7.5 传热分析中的动态边界条件处理109

8 模拟实例111

8.1 快速车轮成形过程的模拟111

8.1.1 车轮轧锻工艺111

8.1.2 有限元模拟分析111

8.2 曲轴 RR 法镦锻过程模拟分析116

8.2.1 RR 法镦锻装置原理116

8.2.2 曲轴 RR 法自由成形模拟117

8.2.3 曲轴 RR 限制成形的模拟122

8.3 护环热成形微观组织模拟125

8.3.1 护环扩挤复合热成形工艺125

8.3.2 计算模型125

8.3.3 模拟结果126

9.1 概述129

9 有限元模拟技术的集成化和智能化129

9.2 塑性加工计算机辅助设计与分析智能化集成(CAD/CAE)130

9.2.1 塑性 CAD 和 CAE 智能化集成的原理130

9.2.2 CAD 和 CAE 集成的关键技术130

9.3 基于人工智能的模拟系统133

9.3.1 模拟分析及其专家求解方法133

9.3.2 智能化的分析系统136

附录 二维刚黏塑性有限元模拟程序138

A-1 程序功能特点138

A-2 程序结构138

A-3 程序使用说明141

A-4 计算例题144

A-5 源程序145

索引206

参考文献211