文档介绍：研究内容:
对实际材料成形问题进行分析,优化工艺方案,优化模具结构,精确成形,控制质量
锻造过程模拟
铸造过程模拟
焊接过程模拟
热处理过程模拟
微观组织演变模拟(凝固、再结晶、相变)
研究方法:
数值模拟法
有限单元法、有限体积法(差分法)
理论基础:
弹塑性力学、流体力学
什么叫做数值模拟?
‘数值模拟’(Numerical Simulation):
是指用有限单元法、有限差分法以及其它各类求解微分方程组的数值方法,或者利用分子动力学、第一性原理等原子尺度的数值方法来模拟实际的物理过程,从而获得该物理过程中各类物理量的演变规律,取得定量的物理参量。宏观层次可模拟材料形状变化、速度、应力、应变和温度等物理参量的变化,微观层次可模拟组织演变、晶粒形核生长、相变、晶界运动、位错运动等。
物理模拟
‘物理模拟’(Physical Simulation):
是指把实际物理模型按比例缩小或放大,用试验模型来代替原实际物理模型,再现材料在加工成形过程中形状的变化、热、力等物理参量的变化以及微观组织演变,从而揭示材料在热加工过程中的组织与性能的变化规律,为合理制订加工工艺和研制新材料提供理论指导和技术依据。
数值模拟作用?
数值模拟在材料热加工领域的应用,将使材料加工由‘经验’走向‘科学’,由‘定性’走向‘定量’,彻底改变热加工的落后面貌。
金属材料热加工过程是极其复杂的高温、动态、瞬时过程,难以直接观察。在这个过程中,材料经液态流动充型、凝固结晶、固态流动变形、相变、再结晶和重结晶以及应力应变等多种微观组织变化及缺陷的产生与消失等一系列复杂的物理、化学、冶金变化而最后成为毛坯或构件。我们必须控制这个过程使材料的成分、组织、性能最后处于最佳状态,必须使缺陷减到最小或将它驱赶到危害最小的地方去。但这一切都不能直接观察到,间接测试也十分困难。
通过数值模拟和物理模拟,在实验室动态仿真材料的加工过程,预测实际工艺条件下材料的最后组织、性能和质量,进而实现加工工艺的优化设计。它将使材料加工沿此方向由“经验”走向“科学”,并为实现虚拟制造迈出第一步,使机械制造业的技术水平产生质的飞跃,促进我国装备制造业的发展。
是预测并保证材料热加工过程质量的先进手段,特别对确保关键大件一次制造成功,具有重大的应用背景和效益。
我国重大机电设备研制、生产的一个难点是大件制造;大件制造的关键又是热加工。我国在2015年以前,水电、火电、核电、冶金、矿山、石化、高速铁路等重大机电设备对关键大件制造均有迫切的需求。由于大件形大体重,品种多,批量小,生产周期长,造价高,迫切要求“一次制造成功”,一旦报废,在经济和时间上都损失惨重,无法挽回。由于传统的热加工工艺设计只能凭经验,采用试错法,无法对材料宏观、微观组织结构的演化进行理想控制,因而发生多次大件报废的惨痛事故,投入使用的大件,也难以消除缩孔、缩松、夹杂、偏析、热裂、冷裂、混晶等缺陷,很多大件带伤运行。建立在工艺模拟、优化基础上的热加工工艺设计技术,可以将“隐患”消灭在计算机模拟的反复比较中,从而确保关键大件一次制造成功,为国家创造巨大的经济和社会效益。
课程教学内容:
第一章绪论
第二章有限元法基本概念
第三章弹塑性有限元法基本理论与模拟方法
第四章刚塑性有限元法基本理论与模拟方法
材料加工系
课程教学内容:
第一节材料加工过程分析方法概述
第二节材料加工过程有限元模拟方法的基本内容
材料加工过程数值模拟基础
第一章绪论
一、材料加工过程分析方法概述
材料加工过程特点
材料加工过程伴随很大的弹塑性变形,并具有较强的非线性( 材料非线性、几何非线性、边界非线性) ,以及复杂的边界条件,成形过程难于用数学关系式加以描述,使得人们长期以来只能通过采取简化、假设,并借助于实验、经验数据、图解和模型等将难以精确求解的数学力学问题变为实际工程问题,以求解一些重要的变形参数,如力、应力、应变和温度等,这样就产生了各种近似程度和适用范围都有所不同的近似分析和数值方法、经验/解析法和经验法等。
第一章绪论
§ 材料加工过程分析方法概述
材料加工过程分析方法
解析法
数值法
实验/解析法
经验法
主应力法、能量法、滑移线法、上限法
有限差分法、上限单元法、有限元法、边界元法
相似理论法、视塑性法
试验技术法、统计法
材料加工过程数值模拟基础
一、材料加工过程分析方法概述
数值模拟
应用数值分析方法来描述某过程的一些特性的变化情况,对材料加工而言,就是对变形体中质点的流动规律和应力、应变分布等与成形过程相关的物理量进行定量描述。
物理模拟
物理模拟是以相似理论为基础的实验分析方法
塑性成形物理模拟一般包括两方面:( 1 ) 材料加工过程的物理化学现象和性