材料成型计算机模拟分析(各种仿真软件介绍)课件

1、材料工程系，材料成形的计算机辅助分析，1。计算机辅助设计/计算机辅助工程广泛应用于材料加工，包括体积成形分析、板料成形分析和流动成形分析。PPT学习与交流，3 .PPT研究和交流，钣金成形分析，4。PPT学习与交流，5。PPT学习与交流，6。第一章绪论，第三章计算机辅助工程，第四章是塑性变形的基础，第五章是材料成形CAE软件的基础课程，7。PPT学习与交流，介绍。长期以来，成形工艺和模具的设计以及工艺分析主要基于积累的实践经验、行业标准和传统理论。然而，由于实践经验的不确定性和行业标准的时效性，传统理论简化了变形条件和变形过程；因此，复杂的成形工艺和模具设计不容易获得满意的结果，导致模具调试时

2、间长、次数多，甚至导致模具报废。通常，为了保证工艺和模具的可靠性和安全性，往往采用保守的设计方案，导致工序和模具结构尺寸的增加。随着8、PPT的学习和交流，现代成形加工和模具正朝着高效、高速、高精度、高性能、低成本和节约资源的方向发展，传统的设计方法远远不能满足要求。近20年来，随着计算机技术和数值模拟技术的发展，出现了一门新技术计算机辅助工程。该技术在成形加工和模具工业中的应用是模具CAE。模具CAE是广义模具CAD/CAM的主要内容之一，在实践中发挥着越来越重要的作用，得到了广泛的应用。9、PPT研究和交流，CAE内容非常丰富，它一般指运用科学方法，以计算机软件的形式，为工程领域提供有效的

3、辅助工具，帮助工程师和技术人员反复评估、修改和优化产品、加工工艺、工装和制造成本等。直到获得最佳结果。然而，由于所开发的CAE软件类型和功能有限，难以实现系列化和集成化；因此，CAE应用远远没有达到规定的范围。目前，模具CAE的主要内容只是利用计算机辅助设计生成的模型来模拟成形过程，从而获得成形工件在不同时间和任何位置的应力应变等各种场的分布，以及潜在问题等其他相关信息；通过分析和研究这些信息，我们可以实现以下主要目标：10 .PPT研究和交流；1.对工件的可加工性进行早期判断，提前发现成形过程中可能存在的质量缺陷，模拟各种工艺方案，减少模具调试的次数和时间，缩短模具开发的时间；2.检查模具的

4、强度和刚度，选择最佳模具材料，预测模具的失效模式和使用寿命，提高模具的可靠性，降低模具成本；3、通过模拟优化设计获得最佳工艺方案和工艺参数，增强工艺稳定性，降低材料消耗，提高生产效率和产品质量；4.找出工件质量缺陷或问题的原因，以便找到合理的解决方案。冲压工艺研究与交流以及成形过程的数值模拟是模具CAE的基础。目前，主要有两种数值模拟方法：有限元法和有限差分法；一般来说，有限元法在空间中使用，而当涉及时间时，有限差分法使用。下面简要介绍数值模拟的基本内容和方法。，13、PPT学习交流有限元法的基本概念，对于连续体的应力问题，从整体上很难得到精确的解；因此，作为一个近似解，整个解区域可以假设地离

5、散化，并分解成有限数量的具有一定形状的小区域(即单元)，这些小区域只在一定数量的指定点(即节点)处相互连接，形成单元的集合来代替原来的连续体，如图7-1所示。只要先得到每个节点的位移，就可以根据相应的数值方法近似得到该区域内其他场的分布，这是有限元法的基本思想。14，PPT学习与交流，从物理角度来看，即一个连续的模具部分被分成有限数量的小三角形单元，如图7-1所示，这些单元仅在节点处通过铰链连接，由单元组成的结构近似代替了原来的连续结构。如果可以合理地获得每个元件的机械性能，那么也可以获得复合结构的机械性能。因此，在一定的约束和给定的载荷下，可以得到每个节点的位移，进而可以得到单元中的其他物理

6、场。这是有限元法直观的物理解释。15，PPT学习和交流，16，PPT学习和交流，从数学的角度来看，图7-1所示的求解区域被分成许多三角形子区域，子区域中的位移可以通过每个节点相应的未确定位移的合理插值来表示。根据控制方程(如最小势能原理)和原问题的约束条件，可以求解每个节点的待定位移，进而得到其他场。扩展到其他连续域问题，节点未知数也可以是物理量，如压力、温度和速度。这是有限元法的数学解释。从有限元方法的解释来看，有限元方法的本质是将无限连续体理想化为有限元的组合，从而将复杂问题简化为适于数值求解的结构问题；在一定条件下，通过简化问题得到的近似解可以逼近真实解。18、PPT学习和交流，因为整个

7、连续体是离散化的，它被分解成小单元；因此，有限元法可以应用于任何复杂的几何结构，也便于处理不同的边界条件，在这些条件下，单元越小，节点越多，有限元数值解的精度越高。然而，随着单元的细分，需要处理的数据量非常大，这很难用手工完成，必须用计算机来完成；计算机具有存储容量大、计算速度快的优点。同时，从单元计算到整体区域的有限元分析非常适合计算机编程，并且可以由计算机自动完成，因此，随着计算机技术的发展，有限元分析可以快速发展。19，PPT学习与交流，有限元分析的基本过程，根据有限元法的基本概念，其分析过程可以概括如下，现在以连续结构的应力应变分析为例，将逐步加以说明。有限元分析的第一步是结构的离散化

8、，这也是有限元方法的基础。简而言之，离散化就是将结构划分成有限数量的单元，并在单元的指定点设置节点，通过节点将相邻的单元连接起来，形成单元的集合，取代原来的结构。当离散化一个连续结构时，必须保证离散结构能有效地逼近实际结构；当结构在荷载作用下发生变形时，应能保证单元不会在边界处开裂或相互挤压，即相邻单元的位移在变形过程中在边界处是相同和连续的；同时，为了提高计算精度，需要考虑合适的单元形状、合理的单元数量和划分方案。20，PPT学习与交流，完成结构有限元的离散化后，各单元的特性应满足位移函数的选择是否恰当是有限元分析的关键。21，PPT学习与交流，通用有限元软件简介，自20世纪60年代有限元方

9、法提出以来，由于其强大的功能得到了迅速的发展。然而，有限元方法的应用离不开计算机和有限元应用软件；因此，随着有限元方法理论的发展和完善，许多大型通用有限元软件如MSC。NASTRAN，ANSYS，ASKA，ADINA和SAP，非线性有限元软件，如动态有限元软件，动态有限元软件和MSC。国内外已经开发了MARC等多种功能的有限元应用软件。这些软件一般具有结构静动力分析、大变形和稳定性分析、各种非线性、热分析、流体分析和多物理场耦合分析等功能。它们有成熟和完整的细胞库，并为二次开发提供接口。以下是对理学硕士的简要介绍。NASTRAN和ANSYS。22，PPT学习与交流，作为世界上最流行的大型通用结

10、构有限元分析软件之一，理学硕士。NASTRAN的分析功能涵盖了大多数工程应用领域，并为用户提供了方便的模块化功能选项。主要分析功能模块有：基础分析模块(包括静态、模态、屈曲、热应力、流固耦合和数据库管理等)。)、动态分析模块、热传导模块、非线性分析模块、设计灵敏度分析和优化模块、超单元分析模块、气动弹性分析模块、DMAP用户开发工具模块和高级对称性分析模块。23，PPT学习与交流，结构动力学分析是理学硕士的主要优势之一。NASTRAN，其主要功能包括：常规模态和复特征值分析、频率和瞬态响应分析、(噪声)声学分析、随机响应分析、响应和冲击谱分析、动态灵敏度分析等。理学硕士。NASTRAN具有强大

11、的非线性分析功能，包括几何非线性分析、材料非线性分析、非线性边界(接触问题)分析和非线性瞬态分析。24，PPT研究与交流，25，PPT研究与交流，有限元软件ANSYS，是由世界上最大的有限元分析软件公司之一美国ANSYS开发的，是一个集结构、流体、电场、磁场和声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。ANSYS的预处理模块为实体建模和网格生成提供了一个强大的工具，用户可以方便地构建有限元模型。ANSYS工作台环境(AWE)是ANSYS公司新开发的新一代前、后处理环境。AWE通过其独特的插件架构，使得CAD几何导入的成功率很高。当计算机辅助设计模型改变时，它不需要重新应用所施加的载荷和支撑。AWE

12、与计算机辅助设计系统之间的双向关联也意味着计算机辅助设计模型的参数可以由AWE的参数管理器轻松控制，从而提高设计效率。26、PPT学习与交流、分析与计算模块包括结构分析(线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析和多物理场耦合分析，能够模拟各种物理介质的相互作用，并具有灵敏度分析和优化分析的能力。27、PPT学习交流，结构静力分析用于解决由外载荷引起的位移、应力和力。静态分析非常适合解决惯性和阻尼对结构影响不显著的问题。ANSYS程序中的静力分析不仅可用于线性分析，还可用于非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变和接触分析。结构非线性导致结构或

13、构件的响应与外部载荷不成比例。ANSYS程序可以求解静态和瞬态非线性问题，包括材料非线性、几何非线性和单元非线性。除上述功能外，ANSYS还具有非常强大的分析功能，如热分析、电磁场分析、流体力学分析、声场分析和压电分析。ANSYS的所有分析类型都基于经典的工程概念，采用当前成熟的数值求解技术。ANSYS提供、29、PPT学习与交流，以及ANSYS软件的后处理模块，可以用彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流轨迹显示、三维切片显示、透明和半透明显示(可以看到结构内部)等图形化方式显示计算结果，也可以用图表和曲线的形式显示或输出计算结果。后处理过程由两部分组成：一般后处理模块POST1和时间历

14、史后处理模块POST26。通过友好的用户界面，可以方便地得到求解过程的计算结果并显示出来。结果可能包括位移、温度、应力、应变、速度和热流。30，PPT研究与交流，31，PPT研究与交流，金属塑性成形模拟，塑性有限元的基本概念金属的塑性变形过程非常复杂，是一个典型的非线性问题，不仅包括材料非线性，还包括几何非线性和接触非线性。因此，塑性有限元比线弹性有限元复杂得多，主要体现在以下几个方面：1)由于塑性变形区的应力应变关系是非线性的，为了解决非线性问题，有必要用适当的方法将问题线性化；一般采用增量法(或分步加载法)，即将物体屈服后施加的载荷分成几个步骤，在每个加载步骤的每个迭代计算步骤中，该问题被

15、视为线性问题。32，PPT学习与交流，2)塑性问题中应力与应变的关系不一定是一一对应的；塑性变形的大小不仅取决于当时的应力状态，还取决于加载历史；但是，卸载和加载的路径不同，应变关系也不同；因此，在每个加载步骤中进行计算时，通常需要检查塑性区中的每个元素是处于加载状态还是卸载状态。3)在塑性变形过程中，金属与模具的接触面不断变化；因此，必须考虑非线性接触和动态摩擦。4)塑性理论中有许多关于塑性应力-应变关系和硬化模型的理论，其中一些与时间无关，而另一些是随时间变化的粘塑性问题；因此，理论本构关系不同，有限元计算公式也不同。5)对于一些大变形弹塑性问题，一般包括材料和几何非线性，有限元计算必须同

16、时改变单元的形状和位置，即采用有限变形理论。然而，对于弹性变形可以忽略不计的情况，有必要考虑塑性变形体积不变的条件，采用刚塑性理论。34，PPT研究通讯，弹塑性有限元，在塑性变形过程中，如果弹性变形不可忽略并且对成形过程有很大影响，那就是弹塑性变形问题，比如典型的板料成形。在弹塑性变形中，变形体中质点的位移和转动都很小，当应变和位移基本为线性时，可以认为是小变形弹塑性问题，但当质点的位移或转动很大，且应变和位移的关系为非线性时，则是大变形弹塑性问题；有小变形的弹塑性有限元或大变形(有限变形)的弹塑性有限元。35，PPT研究和交换，由于应力-应变关系在弹塑性变形中是非线性的，变形体的最终形状变化

17、通常不能像线性弹性问题那样一次性计算；因此，在有限元分析中，只能根据增量理论进行求解，即将整个载荷分解成若干个增量步骤，逐步施加到变形体上。36，PPT学习与交流，刚塑性有限元，在塑性加工的体积成形过程中，变形体有较大的塑性变形，而弹性变形相对较小，可以忽略不计。此时，它可以被认为是刚塑性问题，如锻造和挤压；因此，可以用刚塑性有限元法进行分析。刚塑性有限元法，37，PPT研究和交换，在根据马尔科夫变分原理求解刚塑性变形问题时，很难建立满足不可压缩体积条件的许用速度场，而且由于在刚塑性材料模型中没有考虑弹性变形，颗粒的平均应力sm无法确定，因此变形体中应力sij的分布也无法求解。为了解决这个问题，有必要在泛函公式(7-19)中引入体积不可压缩条件，并得到一个适用于刚塑性材料不完全广义变分原理的新泛函。体积不可压缩条件可以用不同的方法引入，包括拉格朗日