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上传人:phl0420371 2016/5/17 文件大小:0 KB

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文档介绍

文档介绍:热模锻过程温度场变化模拟分析有限元法在成形过程中的应用有限元法介绍有限元分析是利用数近似的方法对真实物理系统(几何和加载工况)进行模拟,利用简单而又相互作用的元素(单元) ,用有限元的未知量去逼近未知量的真实系统。有限元方法的基本要素有自由度、节点、单元。有限元的基本思想:将求解域划分为一系列单元,单元靠节点连接,单元内部靠插值计算。有限元方法的特点有限元法的优点: ( 1)整个系统离散为有限个单元,并将适合整个系统的方程转化为一组线性联立方程组,从而可以用多种数值计算方法对其求解; ( 2)边界条件不进入单个有限单元的方程中,而是在得到整体方程后再引入边界条件。这样,边界和内部单元都能够采用相同的场变量模型。而且,当边界条件改变时,不需要改变内部场变量模型; ( 3)不需要使用于整个研究物体的插值函数,而只需要对每个子域和单元采用各自的插值函数,这就是形状复杂的物体也能使用; ( 4)考虑物体的多维连续性,不仅在离散过程中把物体看成连续的,而且不需要用分别的插值过程把近似解推广到连续物体的每一点; ( 5)很容易求解非均匀性的连续介质,而其他方法处理非均匀性非常困难; ( 6)适用于线性和非线性问题;可以得到严格的数学推理和物理解释; 有限元法存在的不足之处: ( 1)对于复杂的问题进行分析,计算资源(计算时间、内存占用、磁盘空间) 耗费大; ( 2)对无限区域问题不宜处理; ( 3)尽管有限元软件提供了自动划分网格技术,但单元类型和网络密度的选取还要依赖与经验; ( 4)有限元分析结果并不是 CAE 的全部,必须结合其他分析和工程实践才能完成整个工程设计。有限元数值模拟的目的与意义是为计算变形力、验算工模具强度和制订合理的工艺方案提供依据。通过数值模拟可以获得金属变形的规律,速度场、应力和应变场的分布规律,以及载荷-行程曲线。通过对模拟结果的可视化分析,可以在现有的模具设计上预测金属的流动规律,包括缺陷的产生(如角部充不满、折叠、回流和断裂等)。利用得到的力边界条件对模具进行结构分析,从而改进模具设计,提高模具设计的合理性和模具的使用寿命,减少模具重新试制的次数。问题描述热模锻工件材料为 25钢,模具材料为模具钢 4Cr5MoSiV1 ,毛坯与模具之间的摩擦因数为 ,上模运动速度为 2in/s, 工件从加热炉中取出温度为 2000F 。问题分析该问题为非等温模锻,需模拟模锻和热传导过程。整个模拟分为三步: ( 1)热传导过程工件在空气中移动时间为 10s, 该过程工件与环境发生热传导( 2)热传导过程工件移至下模,但未与上模接触,时间为 3s,该阶段工件与下模发生热传导热模锻过程温度场变化模拟分析( 3)模锻过程既有热传递,又有塑性变形温度场的设定: T=T(x,y,z) —─稳定状态; T=T(x,y,z,t) ──暂态 1. 导热微分方程式: ①各向同性:λx=λy=λz ②水平方向: ③稳定状态: ④无内热源: qi=0 则: 2. 热边界条件——与外界的交互作用: 均匀的热边界条件有: 得到: 单元分析 1. 温度函数: 将温度和每个节点的坐标代入上述方程得到温度插值函数: 2. 元件温度的矩阵: 对元件: ????????????????????????? c Ttx Txy Tyz Tz q x