塑性各向异性板料本构关系及冲压成形的数值模拟

推导了具有一般屈服函数形式的弹塑性速率型本构关系;给出了用于板料成形的Hill塑性各向异性屈服模型下本构关系的具体形式;用有限元动力显式计算程序MSC/DYTRAN模拟了金属板料的冲压成形;通过算例分析,考察了塑性各向异性对凸耳形成和大小以及对成形模拟结果准确性的影响;数值结果和实验结果表明：各向（厚向）异性本构模型比各向同性本构模型更真实地反映了板料的成形性。     

厚钣金件压弯翻边与回弹的数值研究

在独立研制的板材冲压成形性分析软件KMAS中，组入可有效模拟厚钣金件压弯成形与回弹变形的三维退化曲壳单元模型，简述了考虑凹，凸模间隔可变的基于有限元网格双面接触算法以及回弹的处理技术，数值研究了铁路客车牵引架厚钣金件压弯翻边与回弹变形过程，并将压弯过程模拟结果与国外基于单面接触算法的商品化软件的模拟结果以有实验结果进行比较，最后，给出了该类问题回弹量的预示方法。     

板材多点成形过程的有限元分析

多点成形过程采用静力隐式格式进行数值模拟是比较合适的。本文建立了用于多点成形过程分析的静力隐式弹塑性大变形有限元方法 ,给出了对稳定迭代收敛过程效果较好的板壳有限单元模型、处理多点不连续接触边界的接触单元方法以及增量变形过程中应力及塑性应变计算的多步回映计算方法。基于这些方法编制了计算软件 ,应用该软件进行了矩形板的液压胀形过程及球形模具拉伸成形过程的有限元分析 ,数值计算结果与典型的实验结果及计算结果吻合很好。最后给出了球形、圆柱形目标形状的实际多点成形过程的数值模拟结果。     

爆炸荷载作用下地下拱形结构动力响应样条小波有限元研究

采用小波有限元方法研究爆炸荷载作用下地下结构的动力响应,克服在模拟过程中由于材料的奇异性、地质条件的复杂性和加载的快速性出现的应力集中和计算效率低下,根据样条有限点法,构造了单向和双向区间B样条圆环扇形小波单元,用尺度函数作为插值函数;结合工程实例,通过Matlab软件编程对爆炸荷载作用地下拱形结构的动力响应进行了数值模拟,并与应用传统有限元程序模拟结果进行对比。结果表明,小波有限元用很少单元取得了较高的精度,计算效率比传统有限元提高一倍。     

基于光滑有限元法的热-弹相场断裂研究

基于相场理论，论文构建了热力耦合作用下热-弹性材料的复杂断裂控制方程，采用光滑有限元法对该模型进行了数值离散；设计编写了相应的Matlab计算程序；开展了热-力载荷下的二维拉伸断裂模拟，将结果和有限元计算结果对比，吻合一致.同时采用该模型开展热冲击下陶瓷板的多裂纹扩展过程模拟，计算结果和实验结果吻合良好，验证了论文方法的有效性.     

无限冰介质中爆炸裂纹扩展机理与数值模拟

根据冰体力学性能,提出了无限淡水冰介质在爆炸冲击载荷下的压碎区及裂隙区的理论计算方法.利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟了爆炸载荷下无限区域冰体内裂纹扩展过程,模拟结果与实验结果基本一致,表明采用的损伤断裂模型能够较准确的反映无限冰介质动态力学性能及裂纹成形过程.数值模型可近似计算冰体中裂隙区的半径.数值计算值与理论计算值误差不超过5%,数值模拟结果与实验结果吻合,从而确定了无限区域冰体在-15℃时的基本破坏特征及范围.     

基于内时大变形弹塑性本构模型的回弹和二次屈服分析

采用了一个由简单机构建立的材料热力学一致性弹塑性大变形本构模型，该模型满足热力学基本的不可逆约束条件，并考虑到了储存在残余微应力场中的能量，用相应的算法，编制了一个用户子程序UMAT，并将其嵌入到商用软件ABAQUS中，对圆柱形工件在弹性工具中镦粗和闭合模镦粗时的回弹和二次屈服进行了分析。比较模拟和实验所测得的载荷一位移关系，可以看出在镦粗的第一阶段发生塑性变形，工件在轴向加载过程中产生的横向变形受到了由于模具的弹性变形引起的径向约束，载荷迅速增加；第二阶段轴向压力减少，模具回弹使得工件的径向变形得以恢复，但随着塑性应变的增加，发生工作强化；第三阶段模具约束解除，工作的径向尺寸增加。用该本构模型对闭合模镦粗过程的计算，表明计算结果与实验结果是一致的。     

大型渡槽动力设计方法研究

根据大型渡槽结构的特点,在缺乏适用的抗震分析模型前提下,提出支撑-渡槽-水伪三维流固耦合动力分析方法。模型基于结构动力分析理论和流固耦合分析理论,整体结构分析采用Newmark方法进行动力时程分析,分析中考虑渡槽结构整体受力性能,包括下部支撑结构、地基等多种因素的影响作用;渡槽-水耦合体子结构分析采用任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian Eulerian,ALE)有限元方法进行动力分析,考虑渡槽-水的耦合相互作用,模拟渡槽中水体的大幅晃动作用,相应得出渡槽中动力压力值及其分布。以某排架支撑矩形渡槽为例,采用本文提出的伪三维模型进行地震时程分析,计算结果与三维模型计算结果吻合良好。本文提出的伪三维动力分析方法计算效率高,满足渡槽结构抗震设计要求,便于工程应用,是大型渡槽结构动力分析研究和抗震设计的实用静、动力分析方法。     

PBX-9404炸药冲击起爆的一维数值模拟

对Tang模型的阈值函数进行修改,给出了新的能量传递过程特征时间。将修改后的Tang模型加入到二维有限元动力分析程序DYNA2D中,计算PBX-9404炸药的冲击起爆过程,并与Forest-Fire模型和点火-燃烧-快反应模型的计算结果进行比较,结果表明:新模型的适用范围更广,而且p(t)曲线的波形、VN点和cj点的压力幅值都较理想。     

钢丝绳捻制成形的空间几何模型与有限元分析

根据钢丝绳捻制成形原理，在考虑钢丝绳空间几何形状的基础上，建立了引入自扭转系数时钢丝绳的几何结构计算模型和钢丝绳捻制成形有限元计算边界条件模型。进而编制了相应的有限元建模程序，生成可被ANSYS直接调用的数据文件。分析了钢丝绳一次捻制和二次捻制的加工应力应变变化情况，并讨论了自扭转系数对加工应力应变的影响。     

A new computational algorithm for contact friction modeling of large plastic deformation in powder compaction processes

In this paper, the large deformation frictional contact of powder forming process is modeled based on a new computational algorithm by imposing the contact constraints and modifying the contact properties of frictional slip. A simple and efficient numerical algorithm is presented for imposing the contact constraints and frictional contact properties based on the node-to-surface contact technique to simulate the large deformation contact problem in the compaction process of powder. The Coulomb friction law is used to simulate the friction between the rigid punch and the workpiece by the use of penalty approach. A double-surface cap plasticity model is employed together with the nonlinear contact friction algorithm within the framework of large FE deformation in order to predict the non-uniform relative density distribution during large deformation of powder die-pressing. Finally, the numerical schemes are examined for accuracy and efficiency in modeling of a set of powder components.     

非局部摩擦在塑性加工中的应用

在几类金属塑性成形加工问题中,为了考虑金属材料表面微凸体在模具与工件之间的接触区上的非局部摩擦效应,采用Oden等提出的非局部摩擦模型,借助主应力法,建立了相应问题的单元体的积微分形式的力平衡方程,在简化的情况下,利用摄动法求得接触面上接触压力在非局部摩擦下的近似解,分析了影响接触压力非局部效应的各种因素。     

板材冲压成形有限元数值模拟界面摩擦约束处理方法

基于弹塑性大变形板材冲压成形增量有限元法,采用线性弹簧单元提出一种空间三维板材冲压成形等效界面摩擦力的处理方法.这种方法的优点是可以反映界面摩擦力的同步、被动产生效果,同时它还可以保证约束后刚度矩阵的对称性.将提出的摩擦约束处理算法引入自主开发的板材成形模拟软件FASTAMP,计算了汽车油底壳的成形过程,计算结果的厚度分布与实际冲压件吻合比较好,验证了等效界面摩擦力约束处理方法的有效性.     

RESEARCH ON MODELING AND NUMERICAL METHOD OF FREE STANDING BODY ON PLANAR RIGID MULTIBODY DYNAMICS

采用非光滑多体系统动力学的方法研究浮放物体与基础平台组成的多体系统，建立其非光滑接触的动力学方程与数值算法.浮放物体由主体部分和支撑腿组成，其间通过含黏弹性阻力偶的转动铰连接.支撑腿与基础平台间的接触力简化为接触点的法向接触力和摩擦力，采用扩展的赫兹接触力模型描述接触点的法向接触力，采用库伦干摩擦模型描述其摩擦力.采用笛卡尔坐标系下的位形坐标作为系统的广义坐标.首先，将基础平台运动看作非定常约束，用第一类拉格朗日方程建立系统的动力学方程，并采用鲍姆加藤约束稳定化的方法解决违约问题.随后给出基于事件驱动法和线性互补方法的数值算法.当相对切向速度为零时，构造静滑动摩擦力的正负余量和正、负向加速度的互补关系，从而将接触点黏滞——滑移切换的判断以及静滑动摩擦力的计算转化为线性互补问题进行求解，并采用Lemke算法求解线性互补问题.最后，通过数值仿真选择合适的步长；通过仿真结果说明浮放物体运动中存在的黏滞-滑移切换现象以及基础平台运动、质心位置对浮放物体运动的影响.     

钢丝绳捻制成形接触问题的有限元分析

基于虚功原理建立了钢丝绳捻制成形过程中考虑接触摩擦时的刚度方程,将小球分裂算法用于接触搜索,Augmented Lagrange法用于计算接触力．以钢丝绳一次捻制成形过程为例,分析了摩擦系数和自扭转系数对接触应力和加工应力域变的影响．研究结果表明。摩擦系数对剪应力的影响比对等效应力和等效塑性应变的影响大;考虑摩擦时钢线表面的轴向残余应力计算结果比无摩擦条件下的计算结果更接近实验结果．     

Dynamic analysis of fretting-wear in friction contact interfaces

A numerical treatment of fretting-wear under vibratory loading is proposed. The method is based on the Dynamic Lagrangian Frequency Time method. It models unilateral contact by using Coulomb’s friction law. The basic idea is to separate time into two scales, a slow scale for tribological phenomena and a fast scale for dynamics. For a given number of vibration periods, a steady state is assumed and the variables are decomposed into Fourier series. An Alternating Frequency Time procedure is performed to calculate the non-linear forces. Then, a hybrid Powell solver is used. Numerical investigations on a beam with friction contact interfaces illustrate the performances of this method and show the coupling between dynamic and tribological phenomena.     

正交各向异性弹塑性摩擦接触问题的数值求解

采用正交各向异性摩擦定律对三维弹塑性摩擦接触问题进行分析,基于参变量变分原理,经过有限元离散,将问题化为线性互补问题模型,之后给出一个求解互补问题的非内点光滑化算法．对三维接触问题,滑动方向的确定一直是个难点,为此,该文采用作者提出的组合规划法和迭代法对各向异性摩擦本构模型进行分析,数值结果说明了模型与算法的正确性。     

Comparison and analysis of two Coulomb friction models on the dynamic behavior of slider-crank mechanism with a revolute clearance joint

The objective of this study is to investigate the effects of the Coulomb dry friction model versus the modified Coulomb friction model on the dynamic behavior of the slider-crank mechanism with a revolute clearance joint. The normal and tangential forces acting on the contact points between the journal and the bearing are described by using a Hertzian-based contact force model and the Coulomb friction models, respectively. The dynamic equations of the mechanism are derived based on the Lagrange equations of the first kind and the Baumgarte stabilization method. The frictional force is solved via the linear complementarity problem (LCP) algorithm and the trial-and-error algorithm. Finally, three numerical examples are given to show the influence of the two Coulomb friction models on the dynamic behavior of the mechanism. Numerical results show that due to the stick friction, the slider-crank mechanism may exhibit stick-slip motion and can balance at some special positions, while the mechanism with ideal joints cannot.     

APPLICATION OF NONLOCAL FRICTION IN SEVERAL KINDS OF PLASTIC FORMING PROBLEMS

Introduction Frictionaffectsformingforce,energy,toollifeandtheproductquality(surfacefinish,internalstructure,productlife,etc)inplasticformingprocesses.Thefrictionphenomenon iscomplexformanyparametersinteractwitheachanotherandaffecttheformingprocess.Fricti…     

PROGRAM-PATTERN MULTIPOLE BOUNDARY ELEMENT METHOD FOR FRICTIONAL CONTACT

A mathematical program is proposed for the highly nonlinear problem involving frictional contact. A program-pattern using the fast multipole boundary element method (FMBEM) is given for 3-D elastic contact with friction to replace the Monte Carlo method. A newoptimized generalized minimal residual (GMRES) algorithm is presented. Numerical examples demonstrate the validity of the program-pattern optimization model for node-to-surface contact with friction. The GMRES algorithm greatly improves the computational efficiency.