基于全量理論的金屬體積成形有限元模擬研究.pdf

1、上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文基于全量理論的金屬體積成形有限元模擬研究姓名：王鵬申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：材料加工工程指導(dǎo)教師：董湘懷20091001構(gòu)形預(yù)測(cè)和網(wǎng)格映射相結(jié)合的方法，解決了初始解確定問(wèn)題：提出了適合于具有近似剛性區(qū)體積成形問(wèn)題的局部自由度約束技術(shù)，旨在增強(qiáng)全量大步長(zhǎng)計(jì)算的收斂性。構(gòu)造了一步全量模擬方案，并開發(fā)了一步有限元計(jì)算程序。一步模擬忽略了變形的中間歷史環(huán)節(jié)，以一個(gè)大計(jì)算步在成形過(guò)程中的初始和終了構(gòu)形之間進(jìn)行有限元求解。構(gòu)造

2、了多步全量模擬方案，并丌發(fā)了多步有限元計(jì)算程序。多步模擬根據(jù)整個(gè)成形過(guò)程中變形路徑和接觸狀態(tài)的變化進(jìn)行計(jì)算步的劃分，以多個(gè)大增量步進(jìn)行有限元求解。多步模擬基于全量理論追蹤變形全路徑的變化，通過(guò)近似地考慮成形接觸歷史變化來(lái)提高外力功估算的準(zhǔn)確度，使全量有限元方法可以解決更具一般性的體積成形問(wèn)題。通過(guò)以平面應(yīng)變、軸對(duì)稱厚壁筒受內(nèi)壓力成形及平面應(yīng)變壓縮成形過(guò)程為算例進(jìn)行正向一步或多步數(shù)值模擬，分析了變形路徑、材料硬化和邊界條件等因素對(duì)全量有限

3、元計(jì)算的影響，探討了全量理論在金屬體積成形有限元模擬中的適用性。對(duì)圓柱體鐓粗和平板軋制過(guò)程進(jìn)行了正向一步模擬。針對(duì)平板軋制的一步模擬，提出了軋制過(guò)程中工件與軋輥之問(wèn)摩擦邊界問(wèn)題的處理方法。將一步有限元法的計(jì)算結(jié)果與增量有限元法的計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了前者的正確性。對(duì)圓棒正擠壓和方坯拔長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行了正向多步模擬，并對(duì)圓棒正擠壓進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。將多步有限元法的計(jì)算結(jié)果與增量有限元法的計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了前者的