基于物質(zhì)點(diǎn)法三維金屬體積成形的數(shù)值模擬研究.pdf

1、金屬體積成形是目前加工金屬零件的一種重要手段，其成形過(guò)程為大變形過(guò)程，涉及幾何非線性和材料非線性問(wèn)題，必須借助數(shù)值方法來(lái)求解。物質(zhì)點(diǎn)法作為一種新型無(wú)網(wǎng)格數(shù)值模擬方法，它即可以克服有限元法網(wǎng)格畸變問(wèn)題，同時(shí)也有效地避免了傳統(tǒng)無(wú)網(wǎng)格法的計(jì)算量大、本質(zhì)邊界條件施加困難、質(zhì)點(diǎn)影響域搜索費(fèi)時(shí)等不足。本文將物質(zhì)點(diǎn)法應(yīng)用于三維金屬體積成形問(wèn)題的數(shù)值模擬研究，分別對(duì)自由鐓粗和反向擠壓兩種金屬體積成形過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，并與有限元法及傳統(tǒng)無(wú)網(wǎng)格伽遼金

2、法模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，探討了物質(zhì)點(diǎn)法在模擬金屬體積成形過(guò)程的可行性和有效性。具體內(nèi)容為：
　　采用加權(quán)余量法推導(dǎo)了物質(zhì)點(diǎn)法控制方程的弱形式及其離散格式，給出了物質(zhì)點(diǎn)法的顯式計(jì)算流程；結(jié)合金屬?gòu)椝苄岳碚撆c物質(zhì)點(diǎn)法建立了金屬?gòu)椝苄晕镔|(zhì)點(diǎn)法求解格式；利用Fortran語(yǔ)言編寫了相應(yīng)的計(jì)算程序，通過(guò)算例驗(yàn)證了彈塑性物質(zhì)點(diǎn)法和程序的正確性；從計(jì)算效率、計(jì)算精度以及不同離散質(zhì)點(diǎn)數(shù)下的計(jì)算結(jié)果等方面將物質(zhì)點(diǎn)法與有限元法、無(wú)網(wǎng)格伽遼金法進(jìn)行了對(duì)比

3、研究。結(jié)果表明物質(zhì)點(diǎn)法的計(jì)算精度和效率與有限元法相當(dāng)，而高于無(wú)網(wǎng)格伽遼金法，并且在質(zhì)點(diǎn)數(shù)目發(fā)生改變時(shí)表現(xiàn)出了比無(wú)網(wǎng)格伽遼金法更高的穩(wěn)定性。
　　基于物質(zhì)點(diǎn)法對(duì)金屬坯料自由鐓粗和反向擠壓的三維金屬體積成形過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。在自由鐓粗的模擬中，分別對(duì)無(wú)摩擦接觸及有摩擦接觸等情況進(jìn)行了仿真分析，并與實(shí)驗(yàn)、有限元法的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果吻合良好，表明了本文利用物質(zhì)點(diǎn)法計(jì)算三維金屬體積成形問(wèn)題時(shí)的可行性和有效性。在反向擠壓成形模擬中，

4、分別對(duì)不同壓下量時(shí)坯料變形流動(dòng)規(guī)律以及等效應(yīng)力和等效應(yīng)變的變化規(guī)律進(jìn)行研究，并與有限元法以及無(wú)網(wǎng)格伽遼金法進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明，當(dāng)壓下量較小時(shí)，物質(zhì)點(diǎn)法與有限元法均能較好地模擬成形過(guò)程，但當(dāng)壓下量較大時(shí)有限元網(wǎng)格產(chǎn)生了嚴(yán)重的畸變而導(dǎo)致計(jì)算終止，而物質(zhì)點(diǎn)法計(jì)算不受影響，能一次完成整個(gè)過(guò)程的計(jì)算，并與無(wú)網(wǎng)格伽遼金法結(jié)果吻合，可見在模擬金屬體積成形大變形問(wèn)題時(shí)，物質(zhì)點(diǎn)法相比于有限元法具有更大的優(yōu)勢(shì)。
　　本文的研究為物質(zhì)點(diǎn)法應(yīng)用于其它金