塑性成形有限元分析

塑性成形过程中的有限元法金属塑性成形技术是现代化制造业中金属加工的重要方法之一。

它是金属材料在模具和锻压设备作用下发生变形，获得所需要求的形状、尺寸和性能的制件的加工过程。

金属成形件在汽车、飞机仪表、机械设备等产品的零部件中占有相当大的比例。

由于其具有生产效率高，生产费用低的特点，适合于大批量生产，是现代高速发展的制造业的重要成形工艺。

据统计，在发达国家中，金属塑性成形件的产值在国民经济中的比重居行业之首，在我国也占有相当大的比例。

随着现代制造业的快速发展，对塑性成形工艺分析和模具设计提出了更高的要求。

如果工艺分析不完善、模具设计不合理或选材不当，产品将不符合质量要求，导致大量不良品和废品，增加模具的设计制造时间和成本。

为了防止缺陷，提高产品质量，降低产品成本，国内外许多大公司、企业、高校和研究机构对塑料成型件的性能进行了大量的理论分析、实验研究和数值计算，通过对成形过程中应力应变分布及变化规律的研究，试图找出各零件在产品成形过程中遵循的共同规律和机械失效所反映的共同特征。

由于影响塑性成形过程的因素很多，一些因素，如摩擦和润滑、变形过程中材料的本构关系等，还没有被人们充分理解和掌握。

因此，到目前为止，还无法对各种材料和形状零件的成形过程做出准确的定量判断。

由于大变形机理非常复杂，塑性成形研究领域一直是一个充满挑战和机遇的领域。

一般来说，产品研究与开发的目标之一就是确定生产高质量产品的优化准则，而不同的产品要求不同的优化准则，建立适当的优化准则需要对产品制造过程的全面了解。

如果不掌握诸如摩擦条件、材料性能、工件几何形状、成形力等工艺参数对成形过程的影响，就不可能正确地设计模具和选择加工设备，更无法预测和防止缺陷的生成。

在传统工艺分析和模具设计中，主要还是依靠工程类比和设计经验，经过反复试模修模，调整工艺参数以期望消除成形过程中的产品缺陷如失稳起皱、充填不满、局部破裂等。

仅仅依靠类比和传统的经验工艺分析和模具设计方法已无法满足高速发展的现代金属加工工业的要求。

等有关，并对该准则进行了试验验证。

另外日本的Ｄ．Ｂａｎ－ａｂｉｃ和ＤＳＣｏｍａ等人也提出一种平面应力条件下的正交各向异性屈服准则，其等效应力来自Ｂａｌａｒ【以及连建设等人．在此基础上加上一个双轴各向异性系数以提高屈服准则的精度。

用该准则所描述的铝和钢合金的屈服表面跟试验数据吻合得相当好，相关的流动法则也能非常精确地预测ＬａＩ酬系数以及单向屈服应力的分布ｏ。

（２）用格划分网格划分是有限元分析的前提条件。

目前二维网格划分技术已日趋成熟，而复杂三维模型的网格划分技术由于其内在复杂性尚需进一步完善。

三维分析中的网格自动重划分算法一直是研究的热点，新的算法也层出不穷。

初始网格划分和后续的网格重划分关系到整个数值模拟过程的精度和效率。

在网格划分中，由于四面体单元能够很好地填充三维几何模型，因而获得了广泛应用。

但很多研究者仍然热衷于采用六面体单元，因为六面体单元变形特性好，单元内应力应变张量以线性分布，能以较少的网格重划次数获得较高的求解精度，同时也可以更好地模拟工件的内部组织。

大体上讲．常用的网格划分有四类，第一类是结构化同格生成方法．该方法很难在非结构化复杂几何形体上实现；第二类则是在自动生成的四面体网格基础上，将一个四面体拆分成四个六面体，这种剜格质量和拓扑结构都很差；第三类方法则在整个空间生成规则网格，然后将边界节点位置调整到材料边界上，这种方法适用范围广，但边界网格质量差；第四类侧重于边界生成优质网格，该方｛去最适用于塑性成形过程模拟，但目前算法通用性不强。

陈军等人则基于第四类划分方法而提出基于表面偏置的适用于任意几何实体的六面体网格自动生成方法“。

其基本思想是将划分区域的表面按单元边长的距离向内偏置，原外表面成为外边界表面，偏置的表面成为内边界表面．然后在内外边界表面之间所形成的当前划分域中生成（ａ）划分前畸变网格（ｂ）再划分后的网格扣）划分前网格等值线（ｄ）划分后网格等值线圈ｌ方坯料反向挤压过程的六面体网格再划分六面体网格，当前划分域的网格划分完毕后，用处于内边界表面上的节点组成新的外边界表面，继续偏置和划分，直到整个划分区域划分完毕，应用参见图１。

塑性线性有限元分析及在工程上的应用塑性线性有限元分析（Plastic Linear Finite Element Analysis）是一种常用于工程实践中的数值模拟方法，用于评估结构体的塑性变形和破坏行为。

本文将介绍塑性线性有限元分析的基本原理、模拟流程以及在工程上的应用。

一、塑性线性有限元分析的基本原理塑性线性有限元分析是将结构体离散化为有限数目的小单元，通过数值计算方法模拟结构体的力学行为。

在塑性线性有限元分析中，结构体的材料行为被假设为线弹性（即，应力与应变之间存在线性关系），而结构体的几何非线性行为由材料的硬化模型和塑性流规则描述。

在进行塑性线性有限元分析之前，首先需要对结构体进行离散化。

常用的离散化方法包括三角形离散化和四边形离散化。

接下来，在每个小单元中，通过有限元理论计算单元的刚度矩阵。

刚度矩阵描述了单元的应力分布和应变能量分布。

然后，根据材料的线弹性本构关系，将初始加载的载荷应用于结构体。

在每个加载步骤中，计算结构体的应力分布和应变能量分布，然后更新结构体的几何形状。

在每个步骤中，根据塑性流规则计算塑性应变，并根据材料的硬化模型更新材料的本应变。

最后，通过求解结构体的静力平衡方程，计算结构体的响应。

可以使用一系列求解技术提高计算的效率和准确性，如迭代方法、加速技术和松弛技术。

二、塑性线性有限元分析的模拟流程塑性线性有限元分析的模拟流程包括以下几个步骤：1. 构建有限元模型：根据实际结构体的几何形状和边界条件，使用有限元网格生成技术构建有限元模型。

常见的有限元网格生成技术包括四边形单元和三角形单元。

2. 定义材料模型：根据结构体的材料性质，选择适当的本构模型描述材料的力学行为，如线弹性模型、塑性模型和硬化模型。

3. 定义约束条件：根据结构体的实际情况，定义适当的边界条件和加载条件。

边界条件包括固定边界和非固定边界，加载条件包括恒定加载和变加载。

4. 执行塑性线性有限元分析：开始塑性线性有限元分析，通过求解静力平衡方程，在每个加载步骤中更新结构体的几何形状和材料的本应变，计算结构体的响应。

基于有限元分析的塑料注塑成型模具设计随着塑料制品的广泛应用，塑料注塑成型模具设计对产品质量和生产效率起着重要作用。

有限元分析作为一种有效的工程计算方法，被广泛应用于模具设计中，可以提供准确的应力和变形分布，并指导模具结构的优化设计。

本文将针对塑料注塑成型模具设计，探讨基于有限元分析的方法和技术。

1. 引言塑料注塑成型模具是指用于生产塑料制品的模具，它的设计和制造质量对产品的成型质量和生产效率起着决定性的影响。

传统的模具设计方法主要依靠经验和试验，往往时间消耗大、效果不稳定。

有限元分析方法则可以在模具设计阶段提供精确的应力和变形分析，为模具结构优化提供有力支持。

2. 有限元分析的原理有限元分析是一种数值计算方法，将复杂的实体结构拆分成有限数量的小单元，建立数学模型进行计算。

模拟系统的物理行为，如应力分布、变形情况等。

有限元分析方法通过在整个模型中引入数值网格和边界条件，利用数学方法求解模型的近似解。

这种方法的优点是可以对复杂的结构进行精确的计算，并提供详细的应力、变形等信息。

3. 有限元分析在塑料注塑成型模具设计中的应用在塑料注塑成型模具设计中，有限元分析可以用来优化模具的结构和材料选择。

首先，可以利用有限元分析计算模具在注塑过程中的应力和变形分布，以评估模具的强度和刚度，避免因应力过大而导致模具变形或破坏。

其次，有限元分析还可以通过模拟注塑过程中的温度分布，指导模具的冷却系统设计，提高注塑过程的效率。

此外，有限元分析还可以预测模具使用寿命，通过模拟模具中的疲劳应力，来预测模具的寿命并防止因疲劳失效而导致的模具损坏。

4. 优化设计方法基于有限元分析的优化设计方法可以帮助提高塑料注塑成型模具的性能和使用寿命。

首先，可以通过有限元分析计算模具在不同工况下的应力和变形，找出应力集中和变形较大的区域，并进行结构优化，如增加加强肋、增加牢固的支撑等。

其次，有限元分析还可以指导模具材料的选择，选择合适的材料可以提高模具的硬度和耐磨性，延长模具的使用寿命。

有限元分析材料塑性篇一：塑性成形有限元分析贵州师范大学《塑性成形有限元分析》课程期末考查学年第学期学院：机电学院专业：材料成型及控制工程姓名：谭世波学号：111404010056科目：dEFoRm-3d塑性成形caE应用教程日期：20XX 年1月3日塑性成形有限元分析20XX级材料成型与控制工程（谭世波111404010056）摘要：本文主要是在dEFoRm-3d软件上模拟圆柱形毛坯的墩粗成型，对零件进行有限元模拟分析。

引言：何为有限元模拟分析？如何完成一个墩粗的模拟分析，运用dEFoRm-3d对毛坯进行分析的目的。

模拟直径为50mm，高度60mm的钢棒的镦粗成形工艺，工艺工序参数如下：（1）几何体与工具采用整体分析；（2）单位：公制（3）材料：aiSi-1045（4）温度：20℃（5）上模移动速度：2mm/s（6）模具行程：10mm；模拟过程：先用UG画出钢棒的三维模型，导出为STL格式。

1.在dEFoRm-3d软件中进行模拟分析，打开软件创建一个新的问题。

2.设置模拟控制3.设置材料基本属性篇二：塑性成形有限元分析考查题目《塑性成形有限元分析》课程期末考查试题（20XX级材料成型与控制工程）下面试题二选一，上交时间：20XX年1月5日上午9：00。

1、请模拟直径为50mm，高度60mm的钢棒的镦粗成形工序，工艺参数如下：（1）几何体与工具采用整体分析；（2）单位：公制（3）材料：aiSi-1045（4）温度：20℃（5）上模移动速度：2mm/s（6）模具行程：10mm；按照论文的格式撰写研究报告（打印），描述模拟过程，并详细解读分析模拟结果（注：交报告时带上演示模拟结果）。

2、请论述有限元法的基本原理，有限元分析的基本步骤，并举例说明有限元分析在塑性成形中的应用（要求：题目自拟，按照论文的格式书写，不少于3000字，手写）。

严禁抄袭，一经发现，成绩记零分。

第1、2题均可参照如下格式：篇三：弹塑性增量有限元分析课件材料非线性问题有限元方法教学要求和内容1.掌握弹塑性本构关系和塑性力学的基本法则；2.掌握弹塑性增量分析的有限元格式；3.学习常用非线性方程组的求解方法：（1）直接迭代法；（2）newton-Raphson方法，修正的n－R方法；（3）增量法等。