《塑性成型计算机模拟》课程教学大纲

塑性成型计算机模拟课程代码：1012012总学时：36（讲课26学时，实验10学时）先修课程：高等数学、AUTOCAD、工程力学、塑性成型物理基础、塑性成型力学基础开课对象：材料成型及控制工程专业本科生一、课程的性质、目的与任务1、性质：本课程既是材料成型及控制工程本科专业必修的专业课，也是金属塑性成型的重要基础理论之一。2、任务：介绍有限元法的基本原理和实施方法，使学生掌握有限元分析必备的基础知识，了解有限元方法及其工程应用，特别是在金属塑性成型问题研究方面的应用，使学生初步掌握DEFORM这一非线性模拟软件的操作方法，为使用同类的其它工程软件、进而掌握并独立运用这一现代手段打下基础。3、目的：通过本门课程的学习，使学生在运用已学的材料成型知识基础上进一步掌握学习有限元分析的基本理论和方法，初步掌握非线性分析软件DEFORM的使用技能，学会运用有限元软件分析金属材料成型过程的变形规律、变形参数的计算。初步学会解决材料成型过程中的实际问题的方法，为后续的学习奠定基础。二、教学基本内容与基本要求第一部分：材料成型有限元模拟基础理论1、绪论了解塑性加工特点，熟悉塑性加工工艺特点，基本掌握材料各种有限元模型特点。2、塑性理论基础进一步熟悉小变形理论中应力、应变、应变速率、等效应力、等效应变概念；熟悉黏性、黏塑性概念，初步掌握黏塑性本构关系和极值原理；3、刚塑性有限元法掌握理想刚塑性体的变分原理，熟悉刚塑性材料的边值问题；了解不完全广义变分原理；掌握边界条件和摩擦力计算方法；了解刚性区的处理方法。4、平面应变问题熟悉有限元分析方法的基本思想，了解有限元列式的建立过程与方法，基本掌握二维问题的有限元列式的建立及处理方法。5、刚塑性有限元法实施中的关键技术熟悉初始速度场的确定、网格畸变与重划分、工件与工具的几何描述的意义和方法，了解其原理与算式。6、变形与传热耦合分析使学生掌握热力耦合分析的必要性和方法，了解有限元技术处理传热问题的方法，了解热力耦合分析技术。第二部分：材料成型有限元模拟软件DEFORM的使用1、概述了解DEFORM软件的发展、应用、功能等概况；2、长方体锻造模拟通过对长方体工件锻造过程的模拟，初步掌握DEFORM的前处理、后处理的方法及过程；3、正方环锻造模拟通过对正方环工件锻造过程的模拟，进一步熟悉DEFORM的前处理、后处理的方法及过程，掌握对称性工件几何简化及模拟参数设置的方法及操作过程。4、条形件锻造的DEFORM模拟（热力耦合）通过条形件锻造过程的模拟，掌握温度模拟设置及热力耦合模拟的方法及操作过程。三、教学内容与学时分配：课程内容教学要求重点（☆）难点（△）学时安排备注第一部分：材料成型有限元基础理论一、绪论1概述C塑性成型工艺模拟及方法B塑性有限元法B☆△二、塑性理论基础2应力、应变、应变速率、黏塑性A☆塑性变形条件、流动法则、等效应力与等效应变B☆黏塑性本构关系C△极值原理B△三、刚塑性有限元法3刚塑性材料的边值问题A理想刚塑性体的变分原理B☆不完全广义变分原理B△边界条件及摩擦力计算方法A刚性区处理方法C四、平面应变问题4刚塑性有限元法的基本思路A☆刚塑性有限元法列式C△二维接触应力边界条件B☆△单元刚度的集成与求解B△刚塑性有限元法的模拟分析步骤A☆△五、刚塑性有限元法实施的关键技术5初始速度场的确定B☆变形工件、工具的几何描述B☆△网格畸变与重划分B☆△六、变形与传热耦合分析2概述B传热问题的基本理论B☆△传热问题的有限元列式及求解C热力耦合分析技术B☆第二部分：材料成型模拟软件DEFORM一、概述C1二、长方体锻造的DEFORM模拟A☆△3三、立方环锻造的DEFORM模拟☆△3四、条形件锻造的DEFORM模拟（热力耦合）☆△6（教学要求：A－熟练掌握；B－掌握；C－了解）四、建议上机项目与学时分配圆柱坯压缩过程模拟4学时管棒挤压过程6学时五、教学方法与教学手段采用以多媒体教学为主，学生自学为辅的教学手段，配以一定数量的上机练习，加强理论联系实际的训练。六、建议教材与参考书目1、刘建生.金属塑性加工有限元模拟技术与应用.北京：冶金工业出版社，2003.012、张莉，等.DEFORM在金属塑性成形中应用.北京：机械工业出版社，2009.103、董湘怀.材料成形计算机模拟.北京：机械工业出版社，2010.014、中国锻造协会.铸造工艺模拟.北京：国防工业出版社