变形-损伤耦合的起塑性恒压轴对称充模胀形的有限元模拟

采用大变形刚粘塑性有限元法模拟超塑性恒压轴对称充模胀形过程、分析了模具几何参数及材料参数对胀形过程中材料的流变行为、胀形制许厚度分布和成形时间的影响规律。给出了质点的流动轨迹、不同时刻制件的剖面形状及应力、应变分布；基于修正的Gurson粘塑性势推导了内部空洞体积分数累积增大模型并据此进行了变形-损伤耦合计算．     

变形—损伤耦合的超塑性恒压轴对称充模胀形的有限元模拟

采用大变形刚粘塑性有限元法模拟超塑性恒压轴对称充模胀形过程，分析了模具几何参数及材料参数对胀形过程中材料的流变行为、胀形制件厚度分布和成形时间的影响规律，给出了质点的流动轨迹，不同时刻制件的剖面形状及应力、应变分布；基于修正的Ｇｕｒｓｏｎ粘塑性势推导了内部空洞体积分数累积增大模型并据此进行了变形－损伤耦合计算。     

金属体积成形三维数值仿真的研究进展

金属体积成形是一个具有几何非线性和物理非线性的复杂的塑性大变形问题,采用基于刚塑性／刚粘塑性有限元法的ＣＡＥ仿真技术对其分析,则可掌握其详细的变形规律．本文对体积成形三维有限元仿真技术的发展作了全面的回顾,并详细总结了其中的关键技术、存在的技术难点和发展趋势．     

超塑性恒压充模胀形过程各力学量场的影响因素及影响规律

采用刚粘塑性有限元法模拟了超塑性恒压充模胀形过程，分析了应变速率敏感性指数ｍ、厚向异性系数Ｒ、初始板厚、界面摩擦等因素对应力、应变和应变速率等力学量场的影响；通过对铝合金ＬＹ１２ＣＺ板料的相应实验对模拟结果进行了验证     

带张力轧制H型轧件的有限元分析

本文采用刚塑性有限元法全面分析了连轧H型件时轧件在轧边端孔中的变形。计算得到的轧边端轧制力、轧制力矩、边部增厚系数和前滑系数这些轧制力能参数和变形参数,均与实验符合较好。     

轴对称件超塑约束胀形中的摩擦效应

尽管超塑胀形作为一种金属成形方法正日渐受到世界各国的普遍关注，但对超塑约束胀形理论的研究报道却还很少，尤其对胀形过程的有限元模拟研究就更为罕见。针对这种情况，采用大变形刚粘塑性有限元法模拟了轴对称零件向圆筒形凹模内超塑约束胀形的变形过程，着重研究了工具工件之界面摩擦对胀形件厚度分布不均匀性和胀形板料向凹模角部充填性的影响．结果表明，随着摩擦的降低，胀形件的侧向较厚部分能有所减薄，可以改善整个胀形件的厚度均匀性，但当摩擦因子Ａｍ≤０．２（相当于摩擦系数μ≤０．１２）时，胀形件极顶部分的减薄过大；摩擦较小时，胀形板料向凹模角部的充填性较好；在考虑到极点附近厚度适度减薄和胀形板料对凹模角部充填性好的前提下，工艺上应当适当减小摩擦，其最佳状态是μ值约为０．３．为了检验所用刚粘塑性有限元法模拟的可靠性，将计算结果与试验结果作了对比，发现两者相当吻合。     

刚粘塑性强化球形薄壳在撞击体作用下的大变形动力分析

本文研究了在平头圆柱体的冲击下，薄球形壳的动力大变形。通过等度量变换，给出了球壳的变形模态。在Ｐｅｒｚｙｎａ和Ｓｙｍｏｎｄｓ的粘塑性本构模型基础上，设材料从Ｍｉｓｅｓ屈服条件，并假定弯矩的膜力不耦合。根据刚粘塑性强化材料的变分原理。给出球壳的运动方程结果与实验进行了比较，二者吻合较好。     

基于刚（粘）塑性流动理论的自然单元法研究

将自然单元法与刚（粘）塑性流动理论相结合,对自然单元法在金属塑性成形过程数值模拟中的应用进行了研究。采用基于Voronoi图和Delaunay三角化结构的Non-Sibsonian插值方法构造近似速度场向量,实现无网格方法中速度边界条件的直接精确施加,提出了基于刚（粘）塑性流动理论的无网格自然单元法。运用不完全广义变分...     

引入Sierpinski层级特性的新型薄壁多胞管轴向冲击吸能特性

为提高薄壁结构的吸能能力，基于Sierpinski分形结构提出了一种具有层级特性的新型薄壁管，即Sierpinski层级管（Sierpinski hierarchical tube, SHT）。采用非线性有限元法对SHTs在轴向冲击载荷作用下的变形模式和能量吸收特性进行了数值分析，并与普通三角形薄壁管在轴向冲击载荷作用下的变形模式和能量吸收特性进行了对比。结果表明:SHTs的变形模式为轴对称渐进屈曲模式，在薄壁管中引入Sierpinski层级特性后，胞壁弯曲过程的半折叠波长减小，促使压缩过程中形成更多的塑性折叠单元，有利于提高薄壁结构能量吸收能力。进一步基于能量守恒理论和塑性铰理论对SHTs的轴向压缩应力进行理论求解，并通过有限元数值模拟验证其准确性。在相同的相对密度下，一阶、二阶及三阶SHTs的动态压缩应力较普通三角形薄壁管的动态压缩应力提高了85.8%、138.2%和183.8%。将Sierpinski层级特性引入薄壁管的设计中，能够有效提高薄壁管的耐撞性能。     

刚粘塑性圆环受法向冲击时的动力屈曲

本文研究刚粘塑性圆环受法向冲击时的动力屈曲，文中考虑了冲击过程中圆环厚度的变化，环向力的变化以及基本变形速度的变化。通过用数值方法求解扰动运动微分方程，结果表明，当规定了临界放大函数后，仅当冲击速度位于某一范围之内时，才会发生动力屈曲。     

拱脚结构的模型实验与有限元分析

本文应用环氧树脂材料浇铸成某大跨度桥梁预应力拱脚模型,采用精密铸造成型方法做出模型中的四条索道孔。用自行研制的传感器施加四条模拟钢索的索力,通过专门设计的加载装置,使用精确的滑轮导向,在5个截面上分别施加剪力Q、弯矩M和轴力N,并考虑自重载荷,进行了电测模型实验。应用ANSYS软件对拱脚实际结构进行了有限元分析,根据模型实验时索与索道孔壁的接触情况建立了力的边界条件,使有限元计算与真实情况接近,计算误差大为减小。同时将实验与有限元分析结果进行了比较,变化规律一致,数值较为接近。对拱脚的优化设计提供了重要的参考依据。     

任意边界形状的二维刚塑性成形过程的无网格分析方法

将无网格伽辽金方法引入到塑性成形过程模拟,结合刚塑性材料假设,提出了基于刚塑性理论的无网格伽辽金方法,推导了其刚度矩阵方程和求解列式,给出了模具形状任意的二维塑性成形问题摩擦力边界条件的施加方法以及无网格方法应用于任意边界形状的塑性成形问题时的坐标转换关系,建立了无网格方法模拟任意边界形状的塑性成形问题的步骤,并编写了相应的计算程序。应用建立的方法对典型塑性成形过程进行了无网格方法分析,通过与刚塑性有限元方法分析结果的比较,验证了本文所建立方法的可行性。     

轴向冲击下C型冷弯卷边槽钢构件的动力响应

针对轴向冲击载荷下C型冷弯薄壁钢构件的动力响应,采用商业有限元软件Abaqus建立了能够反映冲击过程的有限元模型。通过对比有限元模拟和落锤实验中利用数字散斑技术采集的数据以及试样残余变形,验证了数值模型的可靠性。采用该模型分析了在不同冲击速度下翼缘、腹板和卷边质点的轴向位移-时间曲线以及腹板横向挠度的变化,结果表明:在较低冲击能量的作用下,翼缘对卷边的约束作用明显;而在较高冲击能量的加载过程中,冲击端卷边的轴向位移和速度明显大于翼缘和腹板,卷边破坏严重;随着冲击速度的提升,C型冷弯薄壁钢构件的动态屈曲临界载荷相应提升。     

A constitutive model for the mechanical response of the folding of creased paperboard

Paperboard is a widely used material in industrial processes, in particular for packaging purposes. Packages are obtained through a forming process, in which a flat laminated sheet is converted into the final 3-D solid. In the package forming process, it is common practice to score the paperboard laminate with crease lines, in order to obtain folds with sharp edges and to minimize the initiation and propagation of flaws during the subsequent folding procedures. In this work, a constitutive model for the mechanical response of crease lines is proposed and validated on the basis of experimental tests available in the literature. The model has been implemented in an interface finite element to be placed between adjacent shell elements and is intended for large-scale computations of package forming processes. For this reason, the material model has been developed at the macroscopic scale in terms of generalized variables, aiming at computational effectiveness.     

不同宽厚比H形截面钢梁抗冲击性能

基于经实验校核的非线性有限元模型,对受横向冲击作用的H形钢梁进行了有限元分析。设计不同宽厚比组配的H形钢梁,分析H形钢梁跨中受横向冲击的动态响应和应力发展过程,并研究宽厚比对H形钢梁抗冲击性能的影响,重点讨论了腹板厚度、翼缘厚度对冲击力平台值和峰值以及耗能的影响。分析结果表明,两端铰接H形钢梁在跨中受冲击载荷作用下的变形模式主要为弯曲变形。相同冲击能量下,冲击力平台值主要受翼缘厚度的影响,冲击力峰值主要受腹板厚度的影响。翼缘厚度对钢梁抗冲击性能的影响要大于腹板厚度。本研究可为不同宽厚比H形钢梁的抗冲击设计提供依据和参考。     

一个新的八节点非协调曲边四边形平面单元

本文在文[1]和文[2]的基础上,提出构造非协调有限元的新方法。该方法不用一般的变分原理,可适用任意变系数正定和非正定偏微分方程。利用这一方法得到一个新的八节点四边形平面应力单元。与一般有限元相比,位移和应力可提高一阶收敛精度。形成单刚矩阵时,不需要进行数值积分。单元之间的协调条件容易满足,文中给出收敛性证明。文末给出数值算例,表明利用本文的方法,应力和位移均可获得满意的数值精度。     

Design of microstructure-sensitive properties in elasto-viscoplastic polycrystals using multi-scale homogenization

Evolution of properties during processing of materials depends on the underlying material microstructure. A finite element homogenization approach is presented for calculating the evolution of macro-scale properties during processing of microstructures. A mathematically rigorous sensitivity analysis of homogenization is presented that is used to identify optimal forging rates in processes that would lead to a desired microstructure response. Macro-scale parameters such as forging rates are linked with microstructure deformation using boundary conditions drawn from the theory of multi-scale homogenization. Homogenized stresses at the macro-scale are obtained through volume-averaging laws. A constitutive framework for thermo-elastic–viscoplastic response of single crystals is utilized along with a fully-implicit Lagrangian finite element algorithm for modelling microstructure evolution. The continuum sensitivity method (CSM) used for designing processes involves differentiation of the governing field equations of homogenization with respect to the processing parameters and development of the weak forms for the corresponding sensitivity equations that are solved using finite element analysis. The sensitivity of the deformation field within the microstructure is exactly defined and an averaging principle is developed to compute the sensitivity of homogenized stresses at the macro-scale due to perturbations in the process parameters. Computed sensitivities are used within a gradient-based optimization framework for controlling the response of the microstructure. Development of texture and stress–strain response in 2D and 3D FCC aluminum polycrystalline aggregates using the homogenization algorithm is compared with both Taylor-based simulations and published experimental results. Processing parameters that would lead to a desired equivalent stress–strain curve in a sample poly-crystalline microstructure are identified for single and two-stage loading using the design algorithm.     

预锻模具形状优化设计与有限元灵敏度分析

采用刚－粘塑性有限元灵敏度分析方法研究锻造过程的预锻模具形状优化设计问题。表示预锻模具形状的三次Ｂ样条曲线的控制系数用作设计变量。以实际终锻件与理想终锻件的形状差异为目标函数,给出了与设计变量有关的目标函数,节点坐标和节点速度等方面的灵敏度及其数学关系,对于典型的轴对称锻造过程,优化设计的预锻模具形状可获得理想的的终锻件形状,为实现净成形锻造提供了一种有效方法。     

椭球壳体液压成形的塑性变形规律的研究

采用大变形弹塑性有限元法对椭球壳体的液压成形过程进行了模拟，结果表明壳体成形时，各点塑性变形不是同时发生的，并对壳体塑性变形的扩展过程和点的加载轨迹进行了研究，证明了壳体在胀形时焊缝区受到弯曲作用的影响，同时还成形后的椭球壳体的壁厚分布及壳体尺寸进行了预测。