MSC.MARC在材料加工工程中的應用

前言

塑性加工成形中的各種現(xiàn)象及其規(guī)律是十分復雜的，這使得塑性加工成形工藝和模具設計缺乏系統(tǒng)精確的理論分析手段，主要依據(jù)工程師長期積累的經(jīng)驗，設計質(zhì)量難以得到保證。借助于有限元模擬方法，可以獲得對于塑性加工成形過程規(guī)律的認識，用較小的代價、在較短的時間內(nèi)找到最優(yōu)的或可行的設計方案。有限元模擬對材料加工是強有力的設計、分析和優(yōu)化的工具，可以分析預測成形期間零件形狀的變化、坯料的變形規(guī)律、最終應變分布、溫度場分布、全場應力與應變分布、組織性能變化規(guī)律、工藝參數(shù)對產(chǎn)品質(zhì)量和尺寸精度的影響規(guī)律以及缺陷形成區(qū)域等，并可在零件生產(chǎn)前最大限度地優(yōu)化工藝參數(shù)，加快生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本，所有這些對于成功地成形復雜形狀的零件并減少成形時間是至關重要的。采用有限元技術，可以實現(xiàn)對塑性成形全過程的參數(shù)監(jiān)控與預測，進行材料的流動變形規(guī)律與各種工藝缺陷的變化規(guī)律研究，作為工藝參數(shù)優(yōu)化與選擇的依據(jù)，對實驗起到指導和預測的作用，為提高塑性加工生產(chǎn)工藝設計、模具設計、設備設計提供理論依據(jù)，使工藝設計和生產(chǎn)控制擺脫人工試錯法，走向科學化和智能化。塑性加工成形模擬技術經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，國際上已經(jīng)出現(xiàn)了一批塑性成形模擬軟件。其中，大型有限元分析軟件MSC.MARC是可以快速模擬各種冷熱成形、擠壓、軋制等塑性成形過程的工藝成形專用軟件，它可以實現(xiàn)對具有高度組合的非線性體成形過程的全自動數(shù)值模擬，MSC.MARC為滿足特殊用戶的二次開發(fā)需求，提供了友好的用戶開發(fā)環(huán)境，為塑性加工成形二次開發(fā)設計提供了開發(fā)平臺。本書通過各種典型材料加工案例，詳細介紹：MSC.MARC在材料加工工程中的應用及其相關的技術問題。全書以應用為主，理論為輔，一方面強調(diào)培養(yǎng)MSC.MARC有限元軟件基本應用能力，另一方面又強調(diào)提高應用MSc.MARC有限元軟件計算結果分析問題、解決問題的能力。本書所有案例皆來自實際工程項目，不僅包括具體的建模過程，還包括具體的模擬結果分析與技術處理。全書共分13章，第1章由張士宏（中國科學院金屬研究所）編寫，介紹有限元技術在材料加工工程中的應用狀況。第2章由岳峰麗（沈陽理工大學）編寫，介紹有限元法的一些基本原理與關鍵技術。第3章由李毅波（中南大學博士生，MSC：上海辦事處工程師）編寫，介紹MSC.MARC：在材料加工過程中的常用技術。第4章由劉勁松（沈陽理工大學）、岳峰麗編寫，介紹異型結構件增量彎曲成形有限元模擬和一些MSC.MARC軟件的基本操作技能。第5章由肖寒（大連理工大學與中國科學院金屬研究所聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生）、劉勁松編寫，介紹整體壁板滾彎成形有限元模擬。第6章由王祺（沈陽理工大學與中國科學院金屬研究所聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生）、劉勁松、肖寒編寫，介紹鎂合金型材彎曲成形有限元模擬。第7章由李毅波編寫，介紹金屬軋制成形的有限元模擬。第8章由梁海城（沈陽理工大學，東北大學博士研究生）編寫，介紹鎂合金板材異步軋制數(shù)值模擬。第9章由李冰（大連交通大學）編寫，介紹三輥行星軋制成形有限元模擬。第10章由陳仕清（大連理工大學與中國科學院金屬研究所聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生）、袁安營編寫，介紹管材液壓成形有限元分析實例。

內(nèi)容概要

本書主要介紹MSC.MARC在材料加工工程中的應用及其相關的技術問題，特別是對塑性加工成型過程中的典型應用作了重點講解。全書以應用為主，理論為輔，既注重MSC.MARC基本原理與使用方法，又強調(diào)提高實際工程應用分析能力。    本書所有案例皆來自實際工程項目，不僅包括具體的建模過程，還包括具體的模擬結果分析與技術處理。全書共分13章，介紹有限元技術在材料加工工程中的應用狀況，有限元法的一些基本原理與MSC.MARC在材料加工中的一些常用技術，分別從板材成型、型材成型、軋制成型、液壓成型、鍛造成型、熱處理、焊接等方面介紹MSC.MARC在材料加工工程中的典型應用案例，并給出全部命令流流程和相應的子程序代碼。讀者通過本書的學習，可以掌握有限元法解決實際工程問題的關鍵技術，學會應用本專業(yè)知識分析問題、解決問題，將理論分析與工程實踐緊密銜接在一起。本書附帶所有案例的模型文件，讀者可以在中國水電水利出版社網(wǎng)站下載。    本書既適合作為材料加工工程專業(yè)的本科生與研究生教材，也可作為相關企事業(yè)工程技術人員應用參考書，還可作為MSC.MARC有限元分析軟件的高級培訓教材。

書籍目錄

前言第1章  緒論  1.1  有限元法的特點與發(fā)展過程  1.2  有限元法在塑性加工領域的應用  1.3  有限元法的基本問題  1.4  有限元法的發(fā)展趨勢  1.5  MSC.Marc有限元軟件的特點第2章  有限元法的基本理論第3章  MSC.MARC在材料加工過程中的一些常用技術第4章  異型結構件增量彎曲成形有限元模擬第5章  整體壁板滾彎成形有限元模擬第6章  鎂合金型材繞彎成形有限元模擬第7章  金屬軋制成形的有限元模擬第8章  鎂合金板材異步軋制數(shù)值模擬第9章  三輥行星軋制成形有限元模擬第10章  管材液壓成形有限元分析實例第11章  渦輪盤閉模鍛造中組織演變的有限元模擬第12章  銅盤管退火過程溫度場有限元模擬第13章  管道對接焊有限元模擬參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：一般來說，工程問題尤其是塑性加工問題是大變形過程，工具一般有運動和位移，而工具的運動通常都有一定規(guī)律，即工具與坯料的接觸，工具與工具之間的接觸，坯料與坯料的接觸，坯料的一部分與另一部分表面的接觸，這些接觸關系需要進行計算與判斷，以確定工具和坯料表面的位移。另外，工具與坯料的運動都是有規(guī)律或限定條件的，例如對稱面、固定邊界等，這些限定條件給出了已知的邊界條件，簡化了計算，一般有利于問題的解決。由于塑性變形往往涉及大變形，部分區(qū)域由于過量的變形往往會產(chǎn)生形狀畸變，原來的網(wǎng)格系統(tǒng)不能滿足計算的要求，因此常常要求軟件具有網(wǎng)格自動重構的功能。目前，大部分商用有限元軟件大都具有網(wǎng)格自動劃分的功能。而且，對于體積成形問題，例如鍛造、軋制和擠壓，網(wǎng)格自動重構是必備的功能。早期的軟件一般具備網(wǎng)格自動劃分功能，而成熟的軟件則大多具備變形過程中網(wǎng)格的重構功能，可以根據(jù)計算步數(shù)設定，也可根據(jù)區(qū)域變形單元畸變程度來自行設定，這些軟件還往往具備根據(jù)精度要求進行局部加密的功能。隨著數(shù)學方法的豐富，學者們提出了越來越多新的網(wǎng)格自動劃分方法，達到自適應能力，具有一定的智能性。（3）塑性加工問題的熱力耦合計算方法。對于熱加工問題和一些精度要求較高的加工成形問題，往往需要考慮溫度場對材料和變形的影響。例如熱模鍛過程就是一個非穩(wěn)態(tài)的熱變形過程，伴隨溫度場的變化，不但影響了材料的性能，還影響了模具的形狀。鋁管材的連續(xù)擠壓過程由于摩擦和變形熱使材料由室溫升高到幾百度，可以達到材料的再結晶溫度，這個過程的計算就不能不考慮溫度場的變化。一般來說，大多數(shù)軟件都有熱力耦合計算功能，但其計算方法大多是半耦合或稱弱耦合，即一般通過主程序計算時不考慮溫度場，另外有一個專門計算溫度場的子程序，當主程序完成變形計算某一加載步后，再由子程序負責相應溫度場的計算，然后將計算獲得的新溫度場賦值到原變形場，再計算新溫度場條件下的變形過程。計算方法中不是統(tǒng)一設定平衡方程，為計算量太大，一般很難完成。而弱耦合則使計算量顯著降低，因為單獨計算溫度場是很快速的，這樣總的計算時間增加不多。如果進行全耦合計算，即在列平衡方程時將力平衡方程和熱平衡方程聯(lián)立求解，將使未知數(shù)大幅度增加，平衡方程總數(shù)也大幅度增加，求解很困難，計算速度大幅度降低，在以往的計算機硬件條件下一般不可能在較理想時間內(nèi)完成，因此很少有強耦合計算方法的使用。（4）塑性加工工藝缺陷的預測。在塑性加工過程中，往往伴隨一些工藝缺陷的產(chǎn)生，例如沖壓過程中的失穩(wěn)起皺、破裂，鍛造過程中的裂紋、折疊、孔洞，軋制過程中的邊裂、起浪等。目前，對于沖壓過程，人們已經(jīng)可以比較容易地預測破裂和起皺，但是對于破裂過程的發(fā)展、起皺數(shù)量的準確預測還不夠，但對于大多數(shù)沖壓工藝分析已基本足夠。人們已經(jīng)將一些成形準則應用到?jīng)_壓領域，例如成形極限圖FLD（Forming Limit Diagram）的應用，在汽車覆蓋件沖壓過程中得到了普遍應用，可以預測破壞的位置，對工藝及時進行調(diào)整改進和優(yōu)化。在鍛造等體積成形工藝中，對于裂紋和折疊的預測已基本成熟，可以給出裂紋的位置、發(fā)生條件，給出折疊產(chǎn)生的條件和發(fā)生方式。在軋制過程中經(jīng)常產(chǎn)生的邊裂和波浪化，目前的軟件也基本有了比較準確的預測能力?？傊邢拊壳耙呀?jīng)可以預測大部分工藝缺陷，給出發(fā)生條件和位置，不足之處是定量不夠準確，對于缺陷的發(fā)展過程不能準確描述。

編輯推薦

《MSC.MARC在材料加工工程中的應用》是萬水CAE技術叢書之一

圖書封面

評論、評分、閱讀與下載

---

    MSC.MARC在材料加工工程中的應用 PDF格式下載

---