材料成形过程数值模拟(第2版高等教育十三五规划教材)

本书为高等教育“十三五”规划教材，作者结合常用材料成形方法（铸造、冲压、锻造、焊接和塑料注射）介绍数值模拟的基本概念、原理、技术、方法和应用，内容主要包括有限元与有限差分法基础，金属铸造、冲压、锻压、焊接和塑料注射成形数值模拟所涉及的相关理论、数值方法、实现过程、应用案例等。 本书是为高等院校材料成形与控制工程专业铸造、锻压、焊接、模具等方向学生编写的教材，也可供材料学科和机械学科相关专业的师生以及从事材料加工与工模具设计制造的工程技术人员参考。

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第1章绪论1 1.1材料成形数值模拟的基本概念1 1.2材料成形数值模拟的工程意义及应用现状1 1.2.1工程意义1 1.2.2应用现状2 1.3材料成形数值模拟的发展趋势6 复习思考题8 第2章有限元与有限差分法基础9 2.1有限元法基础9 2.1.1基本概念与技术优势9 2.1.2有限元方程的建立与应用11 2.1.3有限元解的收敛性与误差控制23 2.1.4非线性问题的有限元法25 2.2有限差分法基础27 2.2.1有限差分法的特点27 2.2.2有限差分数学知识28 2.2.3利用有限差分法求解应用问题的一般步骤34 2.3边界元法和有限体积法简介35 2.3.1边界元法35 2.3.2有限体积法36 2.4应用数值方法模拟材料成形的若干注意事项36 2.4.1简化模型36 2.4.2选择单元38 2.4.3划分网格39 2.4.4建立初始条件和边界条件41 2.4.5定义材料参数41 复习思考题41 第3章金属铸造成形中的数值模拟43 3.1概述43 3.2技术基础43 3.2.1铸件凝固过程的数值模拟43 3.2.2铸液充型过程的数值模拟50 3.2.3铸件凝固收缩缺陷的数值模拟56 3.2.4铸造应力场的数值模拟61 3.3金属铸造成形数值模拟主流软件简介66 3.3.1MAGMAsoft66 3.3.2PROCAST67 3.3.3FLOW-3D Cast68 3.3.4JSCAST 69 3.3.5AnyCasting70 3.3.6华铸CAE 70 3.4应用案例70 3.4.1防喷器壳体铸件凝固分析70 3.4.2防喷器活塞的工艺结构设计77 3.4.3变速箱上盖压铸件的流动与凝固分析81 3.4.4其他案例85 复习思考题88 第4章金属冲压成形中的数值模拟89 4.1概述89 4.2技术基础89 4.2.1小变形弹塑性有限元法90 4.2.2大变形弹塑性有限元法95 4.2.3弹塑性有限元法应用中的若干技术问题102 4.3金属冲压成形数值模拟主流软件简介108 4.3.1DynaForm109 4.3.2AutoForm111 4.3.3PAM-STAMP 2G111 4.3.4FTI Forming Suite112 4.3.5FASTAMP-NX112 4.3.6KMAS113 4.4应用案例113 4.4.1DynaForm工作界面113 4.4.2利用DynaForm模拟冲压成形过程的一般步骤114 4.4.3S轨制件的冲压成形116 4.4.4摩托车后挡泥板的冲压成形124 4.4.5建筑扣件的弯曲成形128 复习思考题131 第5章金属锻压成形中的数值模拟133 5.1概述133 5.2技术基础135 5.2.1刚（黏）塑性有限元法135 5.2.2热力耦合分析148 5.3金属锻压成形数值模拟主流软件简介152 5.3.1Deform152 5.3.2Simufact.forming153 5.3.3Qform155 5.3.4Tranvalor FORGE156 5.3.5CASFORM157 5.4应用案例158 5.4.1Deform工作界面158 5.4.2叶片模锻160 5.4.3其他应用案例174 复习思考题177 第6章金属焊接成形中的数值模拟179 6.1概述179 6.2技术基础180 6.2.1焊接热过程的数值模拟180 6.2.2焊接应力与变形的数值模拟193 6.2.3电阻点焊数值模拟197 6.3金属焊接成形数值模拟主流软件简介201 6.3.1SYSWELD201 6.3.2Simufact.Welding202 6.4应用案例202 6.4.1Sumifact.Welding工作界面202 6.4.2前处理操作过程202 6.4.3模拟结果分析207 6.4.4其他案例209 复习思考题214 第7章塑料注射成形中的数值模拟216 7.1概述216 7.2技术基础217 7.2.1注射成形流动模拟217 7.2.2注射成形保压模拟228 7.2.3注射成形冷却模拟231 7.2.4注射成形应力与翘曲模拟239 7.3塑料注射成形数值模拟主流软件简介246 7.3.1Moldflow246 7.3.2Moldex3D248 7.3.3HsCAE3D249 7.3.4Z-MOLD249 7.3.5其他249 7.4应用案例250 7.4.1MPI操作界面与应用流程250 7.4.2塑料堵盖的注射成形252 7.4.3电器底座的成形外观质量改进264 7.4.4汽车空调除霜口的注射浇口定位267 7.4.5汽车内饰覆盖件的成形材料选择268 复习思考题269 参考文献271