金属塑性成形过程建模仿真技术

本书共9章,介绍了板料成形与体积成形过程有限元分析的理论基础,对材料本构关系与成形过程中关键摩擦边界条件进行了描述与评估,详细阐述了典型商用有限元分析软件建模与基本操作,并通过案例方式,分别阐述了弹塑性有限元法、刚塑性有限元法和刚黏塑性有限元法在零部件冷成形、温成形、热成形过程中的有限元分析,包括成形工艺、建模、有限元模型评估与应用等。 本书可作为普通高等学校车辆工程、材料成型及控制工程、机械设计制造及其自动化、机械工程及其他相关专业的本科生教材,也可作为相关专业研究生和企事业单位与科研院所工程技术人员的参考书。

张大伟，西安交通大学机械工程学院教授、博士 生导师，机械工程学院车辆工程系副主任，陕西省机械 工程学会塑性工程分会副秘书长、常务理事，《重型机 械》编委，《稀有金属材料与工程》中英文版青年编 委，《精密成形工程》通讯编委，入选交通运输部“交 通运输青年科技英才”。长期从事智能成形工艺及设 备、机械结构设计及优化、过程建模仿真与控制等方面 的教学与科研工作，近年来主持了国家重点研发计划课 题、国家自然科学基金面上项目、中国博士后科学基金 特别资助、陕西省重点研发计划重点项目等省部级以上 科研项目9项，以及企业横向与其他科研项目10余项。以 第一作者出版著作3本，以第一作者在摩擦学、机械设计 与制造等领域发表SCI期刊论文40余篇;以第一发明人 获授权发明专利50余项，以第一开发人登记软件著作权 10余项;获省部级科技成果奖5项。 张琦，西安交通大学机械工程学院教授、博士生导 师。国家重点研发计划项目首席科学家，中央军委科技 委员会重点项目首席科学家，获批陕西省三秦英才特殊 支持计划科技创新领军人才项目，现任机械工程学院车 辆工程系主任，十四五科技部“增材制造与激光制造” 国家重点研发计划总体专家组专家，机械工程学会塑性 工程分会理事，中国航发集团科技委制造与工艺专业委 员会委员，《塑形工程学报》与《精密成形工程》杂志 编委。主要从事智能成形制造、增材复合制造与智能制 造装备等领域研究。主持中央军委科技委员会重点项 目、“高性能制造技术与重大装备”国家重点研发计划 项目、陕西省科技重大专项及国家自然科学基金等项 目。发表高水平论文120余篇，其中在Int. J. Plast.， Int. J. Mach. Tool. Manu.，J. Mater. Process. Technol.， Addit. Manuf. 等机械和材料顶级期刊发表 论文30余篇，以第一发明人授权发明专利50余项，获省 部级奖励3项。

前言 第1章绪论 1.1金属塑性成形工艺概述 1.2塑性成形过程数值模拟概述 第2章有限元分析理论基础 2.1问题描述及求解方法 2.1.1塑性变形的边界值问题 2.1.2微分方程的等效积分形式及加权余量法 2.1.3变分原理的基本概念 2.2弹塑性有限元法 2.2.1弹塑性矩阵 2.2.2弹塑性有限元方程 2.2.3计算弹塑性有限元方程须注意的问题 2.3刚塑性和刚黏塑性有限元法 2.3.1刚塑性和刚黏塑性有限元的Markov变分原理 2.3.2刚塑性和刚黏塑性有限元的基本列式 第3章塑性变形中材料本构关系 3.1材料本构关系常用表达式 3.1.1Hollomon模型 3.1.2Fields-Backofen模型 3.1.3Johnson-Cook模型 3.1.4Arrhenius模型 3.1.5Hensel-Spittel模型 3.1.6Zerilli-Armstrong模型 3.2本构关系中参数的辨识方法 3.2.1Johnson-Cook本构模型 3.2.2Arrhenius本构模型 3.2.3Hensel-Spittel本构模型 3.2.4本构模型评价 3.3本构模型的适用性 第4章塑性成形过程中的摩擦 4.1经典摩擦模型及其数值化 4.1.1摩擦模型数学描述 4.1.2摩擦模型数值化 4.2基于真实接触面积的摩擦模型 4.3金属板料成形摩擦测试方法 4.4金属体积成形摩擦测试方法 第5章商用有限元分析软件建模流程与基本操作 5.1商用有限元分析仿真软件介绍 5.1.1DYNAFORM 仿真软件介绍 5.1.2Simufact仿真软件介绍 5.2DYNAFORM软件建模操作 5.3Simufact软件数值模拟案例 5.3.1铝合金半固态齿轮模锻的数值模拟 5.3.2环件轧制的数值模拟 5.3.3热处理工艺的数值模拟 第6章钣金机匣冲压成形过程有限元分析 6.1钣金机匣精密成形工艺 6.2难变形材料的性能测试 6.2.1材料的拉伸性能测试 6.2.2材料的成形极限测试 6.3钣金机匣大弯管内壁精密成形过程有限元建模 6.4精密成形过程有限元模型评估及应用 6.4.1零件成形效果分析 6.4.2零件回弹补偿效果分析 6.4.3有限元分析结果与试验结果对比 第7章铝合金筒体温翻边成形过程有限元分析 7.1大直径筒体温翻边成形工艺 7.2温翻边成形全过程有限元建模 7.3温翻边过程有限元模型评估及应用 7.3.1预测结果与试验结果对比 7.3.2典型的成形缺陷及控制 7.3.3工件温度场演化 第8章大型隔框构件局部锻造成形过程有限元分析 8.1大型复杂构件成形工艺 8.2局部加载等温锻造过程有限元建模 8.3局部加载成形过程有限元模型评估及应用 8.3.1三维有限元模型评估 8.3.2场变量演化特征 8.3.3基于有限元分析坯料结构的改进 第9章轴齿零件回转成形过程建模仿真 9.1回转成形技术的含义 9.2螺纹花键同步滚轧成形 9.2.1复杂型面滚轧及其滚轧前模具的相位要求 9.2.2同步滚轧成形过程有限元建模 9.2.3同步滚轧成形特征 9.3大直径丝杠径向锻造成形 9.3.1大直径重载丝杠径向锻造成形工艺 9.3.2感应加热-径向锻造全过程有限元建模 9.3.3丝杠温径向锻造过程变形特征 9.4导向套筒内螺旋花键旋转锻造成形 9.4.1旋转锻造成形工艺 9.4.2旋转锻造成形过程有限元建模 9.4.3导向套筒内螺旋花键旋转锻造成形变形特征 附录 附录A金属塑性成形力学基础 A.1塑性变形应力分析 A.2塑性变形应变分析 A.3屈服准则 附录BCAD技术理论基础 B.1几何建模及特征建模 B.2图形变换 参考文献