汽车轮毂旋压成形过程的数值模拟(论文)开题报告

1、山 东 科 技 大 学本科毕业设计（论文）开题报告题 目 汽车轮毂旋压成形过程的数值模拟系 部 名 称 机电工程系 专业班级 机械设计制造及其自动化10-1 学生姓名 111 学 号 指 导 教 师 111 填表时间： 2012 年 03 月 23 日填表说明1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。4.参考文献不少于8篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于2篇）。5.开题报告作为毕业设计（论

2、文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。设计（论文）题目汽车轮毂旋压成形过程的数值模拟设计（论文）类型（划“”）工程设计应用研究开发研究基础研究其它 一、 本课题的研究目的和意义旋压成形法是在热锻工艺基础上发展起来的，锻造制坯后进行旋压成形，提高了制造精度和强度，机械加工余量大大减少。旋压轮毂由于不受尺寸制约、产品美观、性能良好、安全性高、节省材料、节约能源等因素，其发展势头良好，旋压技术属先进成形技术，其车轮旋压技术水平已基本趋于成熟，在国内已引起较多公司的关注，正逐步向批量生产转化。另外，已有企业及研究机构开始着手研究旋压成形技术，但目前尚无旋压成形车轮技术研究报告。随着国内铝镁合金产业化的

3、飞速发展，铝镁合金旋压车轮必将有一个巨大的市场需求。 通过该课题设计，可以达到如下目的： 1）掌握旋压成形模具的模拟方法，将理论与实际密切联系起来，力求所学知识更完备。 2）培养综合运用所学知识，独立分析解决实际问题的能力，并提高模具的设计与制造水平。 3）熟悉查阅有关资料的手册的方法，了解deform仿真软件的运行原理及结构。二、 本课题的主要研究内容（提纲）旋压是一种综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧、横轧和滚挤等工艺特点的无切削加工的先进工艺，将金属筒坯、平板毛坯或预制坯用尾顶顶紧在旋压机芯模上，由主轴带动芯棒和坯料旋转，同时旋压轮从毛坯一侧将材料挤压在旋转的芯模上，使材料产生逐点连续的

4、塑性变形，从而获得各种母线形状的空心旋转体零件。本次软件模拟的零件为汽车轮毂，其主要考虑内容：1、旋轮的道次安排，名义拉深系数，相对厚度，进给比对旋压工艺过程的影响 2、旋轮形状，旋轮圆角半径，主轴转速，旋轮安装角对旋压工艺过程的影响 通过本次设计课题，达到以下目的：1.了解deform模拟软件的模块结构、运行原理以及现状和发展前景。 2. 综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识，进行一次汽车轮毂旋压成形过程的数值模拟的实际训练，从而培养和提高我们独立分析问题的能力。3. 掌握运用deform软件模拟仿真汽车轮毂旋压模拟的基本技能，如几何模型、有限元分析模型、查阅相关资料和手册以

5、及模拟后的分析（后处理）。 4. 巩固与扩充所学有关模具模拟仿真的内容，掌握汽车轮毂旋压成形模具设计的方法和步骤。 三、 文献综述（国内外有限元软件的发展趋势及现状）（一） 国际上有限元分析软件的发展趋势   纵观当今国际上CAE软件的发展情况，可以看出有限元分析软件的一些发展趋势：1; 与CAD软件的无缝集成    许多商业化有限元分析软件都开发了和著名的CAD软件（例如Pro/ENGINEER、Unigraphics、SolidEdge、SolidWorks、IDEAS、Bentley和AutoCAD等）的接口。有些CAE软件还为了实现和CAD软件的

6、无缝集成而采用了CAD的建模技术，如ADINA软件。 2; 更为强大的网格处理能力   由于结构离散后的网格质量直接影响到求解时间及求解结果的正确性与否，近年来各软件开发商都加大了其在网格处理方面的投入，使网格生成的质量和效率都有了很大的提高，但在有些方面却一直没有得到改进，如对三维实体模型进行自动六面体网格划分和根据求解结果对模型进行自适应网格划分。3; 由求解线性问题发展到求解非线性问题    随着科学技术的发展，线性理论已经远远不能满足设计的要求，许多工程问题如材料的破坏与失效、裂纹扩展等仅靠线性理论根本不能解决，必须进行非线性分析求解，例如薄板成

7、形就要求同时考虑结构的大位移、大应变（几何非线性）和塑性（材料非线性）。4; 由单一结构场求解发展到耦合场问题的求解    有限元分析方法最早应用于航空航天领域，主要用来求解线性结构问题。现在用于求解结构线性问题的有限元方法和软件已经比较成熟，发展方向是结构非线性、流体动力学和耦合场问题的求解。这就需要对结构场和流场的有限元分析结果交叉迭代求解，即所谓"流固耦合"的问题。由于有限元的应用越来越深入，人们关注的问题越来越复杂，耦合场的求解必定成为CAE软件的发展方向. 5; 程序面向用户的开放性 随着商业化的提高，各软件开发商为了扩大自己的市场份额，满足用

8、户的需求，在软件的功能、易用性等方面花费了大量的投资来满足客户的需要。6; 由二维扩展为三维 早期计算机的能力十分有限，受计算费用和计算机储存能力的限制，数值模拟程序大多是一维或二维的，只能计算垂直碰撞或球形爆炸等特定问题。随着第三代、第四代计算机的出现，才开始研制和发展更多的三维计算程序。现在，计算程序一般都由二维扩展到了三维，如LSDYNA2D和LSDYNA3D，AUTODYN2D和AUTODYNA3D 。7; 单一坐标体系发展多种坐标体系  数值模拟软件在开始阶段一般采用单一坐标，或采用拉格朗日坐标或采用欧拉坐标，由于这两种坐标自身的缺陷，计算分析问题的范围都有很大的限制。为克

9、服这种缺陷，采用了三种方法，一是两个程序简单组合；二是在同一程序中采用多种坐标体系；三是采用新的计算方法。8 ；增强可视化的前置建模和后置数据处理功能 9; 工作平台多样化等.（二） 国内限元分析软件的发展情况和前景   1979年美国的SAP5线性结构静、动力分析程序向国内引进移植成功，掀起了应用通用有限元程序来分析计算工程问题的高潮。这个高潮一直持续到1981年ADINA非线性结构分析程序引进，一时间许多一直无法解决的工程难题都迎刃而解了。大家也都开始认识到有限元分析程序的确是工程师应用计算机进行分析计算的重要工具。但是当时限于国内大中型计算机很少，大约只有杭州汽轮机厂

10、的Siemens7738和沈阳鼓风机厂的IBM4310安装有上述程序，所以用户算题非常不方便，而且费用昂贵。PC机的出现及其性能奇迹般的提高，为移植和发展PC版本的有限元程序提供了必要的运行平台。可以说国内FEA软件的发展一直是围绕着PC平台做文章。在国内开发比较成功并拥有较多用户（100家以上）的有限元分析系统有大连理工大学工程力学系的FIFEX95、北京大学力学与科学工程系的SAP84、中国农机科学研究院的MAS5.0和杭州自动化技术研究院的MFEP4;等。但是，国外很多著名的有限元分析公司已经从前些年对PC平台不屑一顾转变为热衷发展，对国内FEA程序开发者来说发展PC版本不再具有优势，而

11、以后应该从下面几方面加以努力:（1）; 发展有自主版权、用于分析流体等非固体力学和交叉学科的软件;   研究开发求解非固体力学和交叉学科的FEA程序经过几十年的研究和发展，用于求解固体力学的有限元方法和软件已经比较成熟，现在研究的前沿问题是流体动力学、可压缩和不可压缩流体的流动等非固体力学和交叉学科的问题。由于国内没有类似功能的商品化软件，所以国外的软件就卖得非常贵。为了打破这种垄断局面，我们必须发展有自主版权、用于分析流体等非固体力学和交叉学科的软件。（2）开发具有中国特色的自动建模技术和GUI开发建模技术    开发具有中国特色的自动建模技术和GUI

12、开发建模技术成本比前述课题要少得多，但却可以大大提高FEA软件的性能和用户接受程度，从而起到事半功倍的效果。Windows中提供了OpenGL图形标准，为在PC机上应用可视化图形技术开发GUI提供了强有力的工具。近年来国外有的FEA程序已抛开仿真软件，直接在Windows平台上开发有限元程序。杭州自动化技术研究院1997-1999年采用OpenGL图形标准和相应的Visual;C+等编程工具，在PC机上成功地开发了一套可视化有限元程序包。它能直观地通过对"菜单"、"窗口"、"对话框"和"图标"等可视图形画面和符号的

13、操作，自动建立有限元分析模型，并以交互方法式实现计算结果的可视化处理，因而可大大提高有限昂分析的效率和精确性，也便于用户学习和掌握。（3）; 与具有我国自主版权的CAD软件集成，作为我国自行开发的FEA程序，首先要考虑和我国自主版权的CAD软件集成。因为有限元分析主要用于形状比较复杂的零部件，所以要和具有三维造型功能和CAD软件集成，使设计和分析紧密结合、融为一体。四、 拟解决的关键问题1. .有限元分析和旋压技术的文件检索2. 零件旋压工艺性分析 3. 确定旋压工艺方案 4.  分析工艺参数对旋压工艺的影响5. 分析旋压件缺陷的产生并提出预防措施 五、 研究思路和方法1分析零件图。2确定合理的旋压工艺及方案。3正确计算有关零件的尺寸及公差。4完成汽车轮毂旋压成形过程的数值模拟。六、 本课题的进度安排1课题调研与文献检索阶段 4周2拟定总体方案 1.5周3旋压模具的结构和工艺分析 1.5周4. 工艺参数的计算及模具零件尺寸确定 3周5设计说明书撰写 2.5周6准备答辩讲稿、进行答辩 1.5周七、 参考文献1 张驰,常斌,陈莉静等.工程计算领域AutoCAD与有限元软件的结合应用.西北水力发电,2003(9)2 周少林.世界著名的大型通用工程仿真软件-Algor.软件世界,2005(5)转载江帆博客3 余世浩材料成型C