金屬板料成形有限元模擬基礎

前言

　　金屬板料成形在國家工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著十分重要的地位。從航空航天領域到普通百姓家中的日常生活用品，對金屬鈑金件都有著極其旺盛的需求。然而，金屬板料成形過程卻是一個非常復雜的彈塑性形變過程。在成形過程中，板料一般都具有大位移、大轉動和大變形的特點。對于那些復雜的板型零件，如汽車覆蓋件，其在變形的過程中，材料的塑性流動更為復雜。隨著市場競爭的日趨激烈，產(chǎn)品的制造越來越復雜，且更新的頻率也越來越快。這使得工藝設計人員很難在僅僅依靠其多年的經(jīng)驗累積情況下設計出很好的制造辦案，而低水平的設計方案將直接影響到后續(xù)的模具機構設計、制造和調(diào)試，甚至還有可能最終導致模具報廢，對產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和公司的發(fā)展造成不可估量的損失。

內(nèi)容概要

　　《金屬板料成形有限元模擬基礎：PAMSTAMP2G(Autostamp)》隨著有限元技術和計算機技術日益成熟，金屬極料成形過程的有限元模擬已經(jīng)成為評估板材成形性能和模具工藝設計方案優(yōu)劣的有效工具。伴隨著我國汽車和航空宇航制造業(yè)的快速發(fā)展，在對形狀復雜的鈑金件需求日趨旺盛的同時，其對產(chǎn)品的品質(zhì)要求也越來越高，因此對板料成形有限元模擬分析的需求也日趨迫切。基于這一目的，作者與法國ESI公司合作編寫了《金屬板料成形有限元模擬基礎：PAMSTAMP2G(Autostamp)》，作為金屬板成形模擬的基本教材?！　　督饘侔辶铣尚斡邢拊M基礎：PAMSTAMP2G(Autostamp)》以專業(yè)板成形有限元計算軟件PAMSTAMP2G(2007)為平臺，基于其顯式求解器Autostamp，較詳細介紹了整個板成形分析的基本步驟。全書從網(wǎng)格劃分到有限元計算一共準備了19個例子，通過這些例子，讀者可以很快地掌握板料有限元模擬的基本技能和高級技能。

書籍目錄

第一部分 金屬板成形基礎理論第1章 緒論1.1 有限元技術發(fā)展概述1.1.1 有限元理論發(fā)展歷史簡述1.1.2 有限元程序發(fā)展歷史簡述1.2 板料成形FEM發(fā)展概述1.3 主要板料成形模擬軟件簡介1.4 板料成形數(shù)值模擬關鍵技術1.5 板料成形數(shù)值模擬所能解決的主要問題1.6 板料成形數(shù)值模擬的發(fā)展趨勢思考與練習第2章 板料成形數(shù)值仿真有限元基礎2.1 有限元計算的要點和特點2.2 有限元計算與板料成形模擬2.2.1 顯式有限元計算與隱式算法2.2.2 顯式與隱式算法的優(yōu)勢與缺點2.2.3 顯式算法在板料成形模擬方面的應用2.2.4 隱式算法在板料成形模擬方面的應用2.2.5 兩種算法的比較2.2.6 PAMSTAMP2G求解器2.3 板成形中殼單元基本概念2.3.1 單元的3個基本概念：自由度、階數(shù)和積分2.3.2 殼單元的厚向數(shù)值積分2.3.3 縮減積分的殼單元與沙漏2.3.4 板成形中殼單元類型2.3.5 合適的殼單元形狀2.4 板成形模擬中的接觸處理2.4.1 板成形分析中的接觸搜索方法2.4.2 板成形分析中的接觸力汁算方法2.4.3 罰函數(shù)接觸算法2.4.4 拉格朗日接觸算法2.4.5 非線性罰函數(shù)接觸算法2.4.6 自接觸算法2.4.7 PAMSTAMP2G中接觸算法與模具自由度的關系2.4.8 摩擦系數(shù)2.5 自適應網(wǎng)格優(yōu)化2.5.1 單元自適應優(yōu)化概念2.5.2 單元自適應優(yōu)化在PAMSTAMP2G中的參數(shù)設定2.6 拉延筋2.6.1 真實拉延筋與虛擬拉延筋2.6.2 虛擬拉延筋在PAMSTAMP2G中的設定2.7 單位匹配思考與練習第3章 板料成形的力學基礎3.1 概　述3.2 板料成形有限元仿真中常用到的塑性力學概念3.2.1 基本塑性力學概念3.2.2 厚向異性系數(shù)3.2.3 應變強化指數(shù)值3.3 板料成形有限元仿真中用到的材料模型3.3.1 屈服準則的基本概念3.3.2 常用各向異性材料的屈服準則3.3.3 材料的強化模型3.3.4 材料應力應變關系3.3.5 PAMSTAMP2G中用到的材料模型3.3.6 PAMSTAMP2G中材料參數(shù)設定3.4 板料的成形極限圖3.4.1 成形極限圖的概念3.4.2 成形極限理論方法和經(jīng)驗公式3.4.3 PAMSTAMP2G中的成形極限圖思考與練習第二部分 金屬板成形有限元模擬入門第4章 金屬板料成形模擬解決方案PAMSTAMP2G4.1 金屬板料成形模擬軟件PAMSTAMP2G的功能4.2 金屬板料成形模擬軟件PAMSTAMP2G的作用思考與練習第5章 PAMSTAMP2G環(huán)境及操作5.1 概述5.2 PASMTAMP2G界面基本結構5.2.1 菜單欄5.2.2 工具欄5.2.3 控制工具框5.3 對象的創(chuàng)建、修改與選擇5.3.1 對象的基本操作5.3.2 對象中要素的選擇5.3.3 對象的修改5.4 PAMSTAMP2G操作結構5.5 常用工具5.5.1 曲線定義5.5.2 方向定位向導5.5.3 網(wǎng)格尺寸向導5.6 PAMSTAMP2G常用文件格式思考與練習第6章 典型金屬板料成形過程模擬第三部分 金屬板成形有限元模擬進階第7章 CAD模型導入與網(wǎng)格劃分第8章 對象與屬性第9章 PAMSTAMP2G沖壓成形模擬回彈補償?shù)?0章 PAMSTAMP2G鈑金件展開反求第11章 模面快速設計Diemaker第12章 成形過程快速設定宏構建第四部分 特殊金屬板成形有限元模擬示例第13章 內(nèi)高壓橡皮囊成形第14章 蒙皮拉伸成形過程模擬第15章 型材拉彎成形過程模擬第16章 熱成形過程模擬第17章 超塑性成形過程模擬第18章 管彎曲成形過程模擬第19章 管內(nèi)高壓脹形過程模擬參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第一部分　金屬板成形基礎理論　　第1章　緒論　　1.1　有限元技術發(fā)展概述　　在日趨全球化的市場氛圍中，為了使產(chǎn)品性能更加出眾、可靠，并盡可能地降低制造成本，CAE(Computer Aided Engineering)計算機輔助工程，已成為現(xiàn)代企業(yè)在日趨激烈的市場競爭中取勝的重要手段。它們與CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP等一起，形成了支持工程制造和制造業(yè)信息化的主要信息技術之一。目前，CAE軟件已在國外廣泛應用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、機械制造、汽車交通、電子、土木工程、生物醫(yī)學、輕工、日用家電等工業(yè)和科學研究領域。采用CAE技術，極大地縮短了產(chǎn)品的研制周期，減少了開發(fā)費用，且有利于通過優(yōu)化等手段開發(fā)出性能更為優(yōu)越的產(chǎn)品。以國外轎車產(chǎn)品設計為例，以前通過經(jīng)驗設計需要制造200多輛樣車才能完成汽車的安全碰撞設計，現(xiàn)在有80輛就足夠了。大部分的設計內(nèi)容都是通過CAE分析軟件在電腦中模擬實現(xiàn)的，這樣可以節(jié)約2/3的資金和大量研制時間?！　V義的CAE（Computer Aided．Engineering）計算機輔助工程，其包括工程和制造業(yè)信息化的所有方面，而狹義的CAE概念，往往指的是計算機虛擬仿真。從板成形的角度出發(fā)，指的就是基于FEM(Finite element method)有限元法的板料成形模擬仿真。通常人們所說的CAE，主要指工程設計中的分析計算和仿真。在不同的領域內(nèi)，CAE分析計算的核心系統(tǒng)都不盡相同。例如，在固體連續(xù)介質(zhì)力學領域，主要是指有限元技術；而在流體分析領域，其核心常采用有限差分技術。要進行一次成功的計算，需要涉及到很多方面的知識和技能。因為其具有特殊性，早期的CAE軟件的使用者大多是高校和研究機構里面的研究人員，并且軟件的使用也非常專業(yè)化和復雜。隨著CAE軟件的應用領域越來越寬，其使用者也從占絕大多數(shù)的分析專家轉變到目前的設計者和設計工程師占多數(shù)，軟件也變得更加易于使用，界面更加友好和智能化，朝著適應用戶要求的方向發(fā)展。　　1.1.1　有限元理論發(fā)展歷史簡述　　1960年前后，美國的R．W．Clough教授及我國的馮康教授分別獨立地在論文中提出了“有限單元”這一詞。有限元法的基本思想是將結構離散化，用有限個容易分析的單元來表示復雜的對象，單元之間通過有限個節(jié)點相互連接，然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件綜合求解。

編輯推薦

　　《金屬板料成形有限元模擬基礎：PAMSTAMP2G(Autostamp)》除可作為高等工科院校材料、汽車、模具以及飛行器制造等相關專業(yè)的本?？平滩囊酝猓部晒氖骡k金件、汽車覆蓋件工藝設計和模具制造等工程技術人員參考。

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