6061铝合金板材作为汽车顶盖在压力成形过程中的有限元分析

针对6061铝合金车身板材成形性能较差的难点,本文通过试验获得了6061铝合金板材的材料参数,并采用冲压仿真软件 DYNAFORM 以典型覆盖件(某型号轿车的顶盖)为例分析了铝合金顶盖在压力成形过程中的厚度变化、应力和应变分布,说明了6061铝合金板对于汽车顶盖的冲压成形具有良好的适应性。用 Belytschko-Tsay 薄壳单元的 Barlat 三参数模拟结果进一步验证了6061铝合金轿车复杂覆盖件数值模拟的有效性和可行性,其结果可为6061铝合金板材的冲压成形工艺的设计提供依据。     

考虑接触界面材料微观结构与势能参数的滑动摩擦计算研究

根据独立振子模型的能量耗散机理,提出了在无磨损界面摩擦中,利用通用界面粘附能量函数计算滑动时接触界面势能的变化从而计算摩擦力和摩擦系数的方法,建立摩擦力和摩擦系数与金属材料表面能与微观结构参数的关系,并利用已有的实验数据进行计算.结果表明,摩擦力与金属材料的表面能基本呈线性关系,与比例参数呈线性负相关关系,与晶格常数基本无关.计算结果与粘附理论公式以及超高真空原子力显微镜试验结果吻合较好.     

板材冲压翻边的解析理论模型

基于全量塑性理论及膜应变假设,给出两种新的冲压板材内曲拉伸／外曲收缩翻边坯料尺寸预示解析数学模型。引入板材冲压成形性分析软件KMAS系统中,对铁路客车牵引架实际冲压件的翻边成形坯料尺寸进行了预示,并与其它解析模型的预示结果以及实验及实测数据进行了对比。讨论了板材的面内各向异性对翻边高度的影响。     

冲压板材拉伸筋阻力的一种有效数值计算方法

将弹塑性有限变形的拟流动角点本构理论和厚向各向异性屈服函数引入弹塑性动力显式有限元列式,对板材通过拉伸筋的变形过程及拉伸筋阻力进行了数值模拟,并与有关实验结果进行了比较很好的一致性,表明了该计算方法的有效性。进而,数值研究了拉伸筋形状、界面摩擦状况以及材料的厚向各向异性对拉伸筋阻力的影响,为实际覆盖件冲压成形中拉伸筋的设置提供了重要的定量依据。     

板材成形的计算机辅助工程系统

板材成形同时包含大变形、（粘）塑性、接触、摩擦等多种非线性因素耦合,刊用有限元法在计算机上模拟出板材从坯件到成品的全过程并加以图形显示,进而研究影响成形的各种因素,可以为板材成形的设计和生产提供可靠依据．本文介绍板材成形的计算机辅助工程系统（简称ＣＡＥ系统）的组成,并对成形数值模拟中的有限元格式、接触与摩擦问题、拉伸筋的考虑方法以及回弹的计算方法做了简单介绍．      

大瓣片高强钢球壳板冲压成形应力测试与分析

为对大瓣片高强钢球罐壳板成形过程进行应力测试与分析,在分析壳板成形工艺特点和力学特征的基础上,提出了在板材上附加随动测试架的测试方法,该测试架可随板材运动,实现对传感元件的保护,保证测试信号的输出,同时不干扰壳板的工艺条件,实现了准确测定冲压加工过程中特定状态下板壳内的应力分布及变化规律的目的。测试表明,压力加工过程中,当模具完全冲压到位时,在模具中心区域出现最大拉伸应变,应力值也最大,而卸载后该区反而出现了很小的压应力,这对容器的安全是有利的。因此在压制过程中只要控制冲压变形量,使得中间部位应力值小于材料的强度极限,就可保证板材不发生工艺性破裂,而且成形完成后该区也无不利的力学因素。     

板材冲压成形变形局部化与动边界摩擦约束

提出适于具有强烈弯曲效应的大应变，大位移与界面摩擦三重非线性空间曲壳有限元列式。给出一种动边界摩擦约束的元级代数消元方法，就板材在方盒型冲头作用中压胀形过程，引入几种现代非经典塑性本构理论以及空单元技术，研究了成形过程中的变形局部化与断裂问题。     

基于连续体损伤理论的硼钢高温成形极限确定法

为了应对节能减排及汽车安全性的双重要求,先进高强钢的开发和应用受到愈来愈高的重视. 超高强度钢板热冲压成形技术是减轻车身重量、提高汽车抗冲击和防撞性能的重要途径,目前已经成为世界汽车制造行业的热门技术. 成形极限是硼钢热冲压成形过程中一个非常重要的表征参数,但由于高温半球形凸模胀形试验(Nakazima) 的复杂性造成实验测试面临诸多困难. 针对硼钢热冲压成形过程特点,提出将韧性损伤模型与有限元数值模拟技术结合起来预测硼钢高温成形极限的方法. 在连续体损伤力学基础上,建立了考虑有效应力和等效塑性应变对微孔损伤影响的勒迈特(Lemaitre) 韧性损伤演化方程,在损伤耗散势函数中引入了等效塑性应变因子,从而寻找到能够准确反映硼钢在奥氏体状态下的成形特性的勒迈特耗散势函数. 选取基于遗传算法的基于非支配排序的多目标优化算法(NSGA-II) 与有限元分析软件“FORGETM” 相结合的方法优化韧性损伤模型中材料的损伤因子,并利用优化后的损伤因子准确预测到板料成形过程的拉伸失稳和断裂现象. 将建立的韧性损伤模型引入到硼钢高温半球形凸模胀形有限元仿真模型中,通过预测的成形极限与实验测定结果的比较,验证了所提韧性损伤模型预测硼钢高温成形极限的可靠性.      

摩擦磨损的接触界面势垒理论研究

根据系统和能量的观点,从摩擦界面的微观相互作用出发,提出摩擦磨损的接触界面势垒理论,研究接触界面势垒和标准接触界面势垒的计算方法,并推导出摩擦力、摩擦系数以及粘着磨损量的计算公式.研究表明,界面的摩擦磨损性能取决于接触界面势垒的大小和分布,用标准接触界面势垒作为表征摩擦副材料摩擦磨损特性的指标具有较好的独立性和稳定性.利用已有的实验数据进行计算,结果与超高真空原子力显微镜实验结果基本符合,验证了所提出理论和方法的可行性.     

不同冷成形加工工况下钛合金板材的初始回弹

钛合金板材是一种高模量弹塑性材料,在冷成形加工的过程中,回弹控制难度较大.金属板材的冷成形加工过程,实际涵盖了多种冷成形加工工况.就板材冷成形加工过程中遇到的各种工况进行梳理分析,归纳为若干典型的工况,针对不同的冷成形加工工艺所含盖的典型工况,对高模量弹塑性板材在冷成形加工脱模后的初始回弹问题,进行了精细的分析,并提出了高精度的解析解.从而,在理论上为诸如钛合金之类的高模量弹塑性板材的冷成形加工,冷成形模具设计,及其冷成形加工工艺的工序优化,提供参考依据.     

基于LuGre摩擦模型的接触约束法旋转柔性梁斜碰撞研究

基于接触约束法和LuGre摩擦模型对在重力场作用下作大范围旋转运动的柔性梁系统和斜坡发生含摩擦斜碰撞的动力学问题进行研究.首先运用刚柔耦合的多体系统动力学理论对大范围运动的柔性梁进行离散化和动力学建模,在碰撞时采用冲量动量法求出跳跃速度,其次在法向上引入接触约束求解出碰撞力,在切向上采用LuGre摩擦模型分两种方式求解...     

金属板料拉延二次成形的有限元法模拟

建立了二次拉延成形加工的有限元分析计算模型;采用一次成形-回弹计算-二次成形的连续计算过程模拟了实际加工过程;有限元计算采用动力显式计算程序MSC/DYTRAN;用主从面（master surface-slave surface)模型定义板料和模具的接触,摩擦力用库仑定律计算;利用动力松弛法对成形过程中的回弹进行了计算。模拟结果和实际零件比较,证明模型合理,自满稳定,结果可靠,具有良好的应用价值。     

含摩擦与碰撞平面多刚体系统动力学线性互补算法

基于接触力学理论和线性互补问题的算法, 给出了一种含接触、碰撞以及库伦干摩擦, 同时具有理想定常约束(铰链约束) 和非定常约束(驱动约束) 的平面多刚体系统动力学的建模与数值计算方法. 将系统中的每个物体视为刚体, 但考虑物体接触点的局部变形, 将物体间的法向接触力表示成嵌入量与嵌入速度的非线性函数,其切向摩擦力采用库伦干摩擦模型. 利用摩擦余量和接触点的切向加速度等概念, 给出了摩擦定律的互补关系式; 并利用事件驱动法, 将接触点的黏滞-滑移状态切换的判断及黏滞状态下摩擦力的计算问题转化成线性互补问题的求解. 利用第一类拉格朗日方程和鲍姆加藤约束稳定化方法建立了系统的动力学方程, 由此可降低约束的漂移, 并可求解该系统的运动、法向接触力和切向摩擦力, 还可以求解理想铰链约束力和驱动约束力. 最后以一个类似夯机的平面多刚体系统为例, 分析了其动力学特性, 并说明了相关算法的有效性.      

摩擦接触弹塑性分析的数学规划法

本文提出摩擦接触弹塑性分析的数学规划法,是弹性接触问题解法的推广,使之能处理比例加载时的塑性效应。利用所导出接触问题总刚度阵的逆,结合参变量线性互补公式,仍可消去由接触单元而引入的惩罚因子。于是,可以获得一个弹塑性问题、弹性接触和弹塑性接触问题的有限元参数二次规划法模型。所选的几个实例说明了方法的实用性。     

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.     

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．     

Stresses around pin-loaded hole in composite laminates using direct boundary element method

This study is concerned with stresses around a pin-loaded hole in symmetrically stacked composite laminates of finite size using a two-dimensional direct boundary element method. Effects of friction and clearance between the pin and hole edge on the stresses are accounted for. Also geometric compatibility and force constraint between the pin and the plate are enforced. A new relation for geometric compatibility is proposed. Stress distributions and the contact angle with slip and no-slip regions around the pin-loaded hole corresponding to various parameters are investigated. Some interesting results are obtained. The present method is effective and simple to use which can be implemented with a personal computer.     

岩质圆形隧洞围岩应力场弹塑性新解

针对动态接触问题的有限元并行计算，提出了一种新的接触算法. 新算法引入局部拉氏 乘子技术来计算接触力. 由于同时考虑了无穿透的接触约束条件和相邻接触对的相互影响， 较之广泛使用的罚参数法，新算法使接触约束条件和系统平衡方程得到更充分的满足. 虽然 为提高接触计算精度而在局部采用了迭代技术，但算法仍然具有较高的效率，且与显式时间 积分方案完全相容. 此外，通过构造专门的区域分解方案，实现了将现有为串行程序开发的 搜索算法平滑移植到并行环境的目标. 数值算例表明，所提出的接触算法具有很好的并行性， 在保证了接触问题并行计算精度的同时，取得了满意的并行效率.