有限元法剪切锁闭现象的研究论文答辩

一、有限元模拟方法金属切削数值模拟常用到两种方法，欧拉方法和拉格朗日方法。

欧拉方法适合在一个可以控制的体积内描述流体变形，这种方法的有限元网格描述的是空间域的，覆盖了可以控制的体积。

在金属切削过程中，切屑形状的形成过程不是固定的，采用欧拉方法要不断的调整网格来修改边界条件，因此用欧拉方法进行动态的切削过程模拟比较困难。

欧拉方法适用于切削过程的稳态分析（即“Euler方法的模拟是在切削达到稳定状态后进行的”[2]），仿真分析之前要通过实验的方法给定切屑的几何形状和剪切角[1]。

而拉格朗日方法是描述固体的方法，有限元网格由材料单元组成，这些网格依附在材料上并且准确的描述了分析物体的几何形状，它们随着加工过程的变化而变化。

这种方法在描述材料的无约束流动时是很方便的，有限元网格精确的描述了材料的变形情况。

实际金属切削加工仿真中广泛采用的拉格朗日方法，它可以模拟从初始切削一直到稳态的过程，能够预测切屑的形状和工件的残余应力等参数[2]。

但是用这种方法预定义分离准则和切屑分离线来实现切屑和工件的分离，当物质发生大变形时常常使网格纠缠，轻则严重影响了单元近似精度，重则使计算中止或者引起严重的局部变形[1]。

为了克服欧拉描述和拉格朗日描述各自的缺点，Noh和Hirt在研究有限差分法时提出了ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)描述，后来又被Hughes，liu和Belytschko等人引入到有限元中来。

其基本思想是:计算网格不再固定，也不依附于流体质点，而是可以相对于坐标系做任意运动。

由于这种描述既包含Lagrange的观点，可应用于带自由液面的流动，也包括了Euler观点，克服了纯Lagrange方法常见的网格畸变不如意之处。

自20世纪80年代中期以来，ALE描述己被广泛用来研究带自由液面的流体晃动问题、固体材料的大变形问题、流固祸合问题等等。

金属的高速切削过程是一个大变形、高应变率的热力祸合过程，正适合采用ALE方法。

基于Marc的汽车密封条有限元分析及二次开发设计毕业设计题目基于Marc的汽车密封条有限元分析及其二次开发学院机械工程学院专业机械工程及自动化班级机自0902学生李清杰学号20090421147指导教师宋卫卫二〇一三年五月二十四日摘要采用非线性有限元分析软件MSC.Marc对车窗和车门密封条受力过程进行分析，并掌握了它们的整个分析过程，对整个分析过程进行进一步的研究和简化，来提高工作效率。

而对于各种不同的密封条的分析有些过程是一样的，因此可以对其进行二次开发，省略其中的繁琐的过程，而MSC.Marc支持Python程序的调用，使用PyMentat模块来建立或修改模型时，Python脚本就会发送一系列命令给MSC.Marc Mentat，这些命令和选择适当的菜单选项时提交的命令是相同的，也就是说Python脚本程序命令MSC.Marc软件执行相应的操作，来进行不同程度的建模、分析以及后处理。

所以采用Python语言进行一系列的编程，简化了车窗和车门密封条的有限元分析过程，而且通过PyMentat模块在Python脚本中使用MSC.Marc Mentat PARAMETERS可以很简单的进行变量的输入，在调用Python程序前可输入要改变的变量，例如受力的大小等。

关键词：MSC.Marc；密封条；python程序；有限元分析ABSTRACTBy using the nonlinear finite element analysis software MSC.Marc for window and door seal force process analysis, and grasp the whole analysis process are simplified, and further research on the whole process of analysis, to improve work efficiency.Analysis of sealing strip for a variety of some process is the same, so it can be two times the development of its, omit the tedious process, while the MSC.Marc Python program to support the call, to create or modify the model using the PyMentat module, the Python script will send a series of commands to the MSC.Marc Mentat, these commands and select the appropriate options menu to submit orders is the same, that is to say the Python script commands of MSC.Marc software implementation of the corresponding operation, to varying degrees of modeling, analysis and processing. So a series of programming using Python language, simplify the finite element window and door seal analysis process, but also through the PyMentat module in the Python script using the MSC.Marc Mentat PARAMETERS can be very simple for variable input, input to change the variables in the calling Python program, for example, force size etc..Key words：MSC.Marc; seal; Python program; finite element analysis目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 前言 (1)1.1 汽车密封条研究背景及意义 (1)1.2 密封条的介绍 (1)1.3 Marc软件的简介 (1)1.4 Python程序简介 (2)2 车窗密封条的有限元分析 (3)2.1 车窗密封条分析参数的确定 (3)2.2 车窗密封条网格模型的建立 (3)2.3 接触条件定义 (5)2.4 车窗密封条分析的后处理结果 (5)3 车门密封条的有限元分析 (7)3.1 车门密封条介绍及分析参数的确定 (7)3.2 车门密封条网格模型的建立 (7)3.3 边界条件定义 (8)3.4 车门密封条分析的后处理结果 (8)4 针对密封条分析的Marc软件的二次开发 (11)4.1 Marc软件与Python联系 (11)4.2 Python开发流程 (11)4.2 Python语言基本应用 (12)4.3 车窗密封条分析的程序代码 (12)5 结论 (17)5.1 总结 (17)5.2 展望 (17)参考文献 (19)致谢 (20)1 前言1.1 汽车密封条研究背景及意义中国汽车的数量越来越多，而中国的汽车制造水平还有很大的提高。

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。

随着现代制造业的高速发展，对塑性成形工艺分析和模具设计方面提出了更高的要求。

若工艺分析不完善、模具设计不合理或材料选择不当，则会造成产品达不到质量要求，造成大量的次品和废品，增加了模具的设计制造时间和费用。

为了防止缺陷的产生，以提高产品质量，降低产品成本，国内外许多大公司企业及大专院校和研究机构对塑性成形件的性能、成形过程中的应力应变分布及变化规律进行了大量的理论分析、实验研究与数值计算，力图发现各种制件、产品成形工艺所遵循的共同规律以及力学失效所反映的共同特征。

由于塑性成形工艺影响因素甚多，有些因素如摩擦与润滑、变形过程中材料的本构关系等机理尚未被人们完全认识和掌握，因而到目前为止还未能对各种材料各种形状的制件成形过程作出准确的定量判定。

正因为大变形机理非常复杂，使得塑性成形研究领域一直成为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。

摘要弹塑性问题的无网格方法及其应用研究学科：结构工程导师：李九红签名：_____________作者：任瑞瑞签名：_____________答辩日期：2006年3月摘要目前正在发展中的无网格方法采用基于点的近似，可以彻底或部分的消除网格，是目前科学和工程计算方法研究的热点,也是科学和工程发展的趋势。

国内外诸多学者对无网格伽辽金法进行了大量的研究，并将其应用到相关领域，取得了许多成果，但大部分都是关于求解弹性力学问题的。

事实上，工程实践中理想的弹性问题几乎不存在。

一般情况下，进行弹塑性分析将会更合理，更充分地利用结构的强度潜力。

因此，使用无网格伽辽金法来求解弹塑性力学问题具有重要的实际意义。

本文系统地介绍了无网格方法的发展历史和应用现状，并且分析了该方法的优点和现存问题；在各种无网格方法中，本文着重介绍了基于移动最小二乘法的无网格伽辽金法的基本原理和推导过程。

针对工程中常见的弹塑性问题，本文基于对弹塑性力学理论的理解，推导了无网格伽辽金法求解弹塑性问题的理论公式；在此基础上，本文编制了求解弹塑性力学平面问题的无网格Galerkin法计算程序，通过若干典型算例的计算结果与ANSYS 分析结果的对比，验证了所提出的理论方法和所编程序的可行性、正确性，并且计算结果精度较高。

对弹塑性力学问题的无网格伽辽金法，本文分别讨论了权函数、基函数、节点布置规则、节点影响域的大小和增量形式的迭代次数等因素对计算精度的影响，并提出了相应的建议以获得最佳的求解精度；在弹塑性问题的诸多解法中，本文采用修正的Newton-Raphson迭代法，有效地减少了计算工作量，收敛快，并且保证了解的高精度；对于体积近似不可压缩的物体，本文采用弹塑性力学的无网格伽辽金法进行计算，算例结果表明了该方法所具有的可消除体积闭锁的优点。

针对不同的材料，本文编制了弹塑性力学平面问题无网格方法的通用程序，将I西安理工大学硕士学位论文弹塑性问题的无网格方法应用到了结构工程中常用的岩石、土和混凝土类材料中，并分别根据常用的几种屈服准则进行计算，通过算例分析及结果对比，验证了应用弹塑性力学问题的无网格方法来解决非均质材料是完全可行的。

2005年1月农业机械学报第36卷第1期有限元法分析土壤切削问题的研究进展徐中华　王建华 【摘要】　有限元法有助于较全面地理解土壤切削现象,它可以预测土壤的应力分布、变形状况、破坏的位置、耕作部件的法向和切向的应力分布。

阐述了用有限元法分析土壤切削问题的研究进展情况。

指出了当前研究所存在的问题并对以后应用有限元法研究土壤切削问题作了展望。

关键词:耕作部件　有限元法　模拟中图分类号:S 152.9;O 242.21文献标识码:AAdvances in Finite Element Analysis of Soil CuttingXu Zhonghua Wang Jianhua(S hanghai J iao T ong Univ ersity )AbstractThe finite element m ethod is used to investigate soil cutting process .It is o f help to researchers to thoroughly understand the reality of this phenomenon.By m eans o f this metho d the so il stress distribution,soil defo rmation,positio n of so il failure,normal and tangential pressure distr ibution o n tillag e to ol face can be predicted .The up -to -date research prog ress of the finite elem ent analysis of so il cutting is r eview ed.So me pr oblems existing in current r esearch w ork is po inted o ut and future research by using finite element method is also g iv en.Key words Tillag e tool,Finite element metho d,M odeling收稿日期:20030623徐中华　上海交通大学土木工程系　博士生,200030　上海市王建华　上海交通大学土木工程系　教授　博士生导师 引言研究农林耕作部件的土壤切削问题的目的是减少牵引力以节省能耗,并且在减少耕作部件磨损的同时又能保持对土壤的良好耕作效果。

基于有限元分析的核桃剥壳技术研究1、课题的目的和意义1代写的毕业论文课题的目的和意义核桃又名胡桃、羌桃、合桃等，享有“长寿果”之美誉，是理想的滋补食品。

所含的脂肪蛋白质量多质优，还含有糖分、多种维生素、钙、磷、镁、钾、锰、路等矿物质，以及躁质、纤维素、戊聚糖等。

据分析：500克核桃肉的营养价值，相当于鸡蛋2500克，牛奶4750克或猪肉1500克，可见，核桃的营养值价是相当可观的。

随着核桃产量的逐年增加，如何对核桃进行深加工，以提高它的附加值等问题就突现出来。

核桃脱壳取仁是核桃深加工的第一步，必须首先解决。

核桃剥壳技术的水平，直接影响到核桃的脱壳质量，进而影响到核桃的进一步加工。

由于核桃形状不规则、尺寸差异较大、壳仁之间间隙小，壳完全破裂所要求的变形量大。

目前国内使用的机械破壳装备由于施力方式不合理，果仁的破碎率较大，脱壳率、整仁率及设备性价等方面满足不了要求。

核桃与其他坚果在结构上存在着很大的区别．而且目前国内外对核桃机械特性与破壳机理的研究相对较少（xx等，20xx）。

用一般的机械挤压方法破壳必将造成大量的碎仁，对于固定挤压间隙的破壳装置来说，挤压间隙是固定的，不同尺寸的核桃都在同一开度内破壳，会出现小尺寸核桃难以破壳而大尺寸核桃仁的破碎率高的现象。

因此为了很好的破壳而又保证仁不破碎，就需要：① 挤压间隙与核桃尺寸相适应，有必要在破壳前对核桃进行分级；②合理施力使核桃产生裂纹且变形量小，这是提高核桃破壳机破壳质量的关键因素之一，因此有必要对核桃的施力方式及结果进行有限元受力分析；③裂纹的扩展是核桃完全破壳的基本条件，按核桃正确姿态喂人进行破壳是裂纹扩展的条件，有必要进行破壳前的导向（史建新等，20xx）。

2、国内外发展现状2。

1核桃剥壳技术核桃的一次剥壳率和高露仁率是衡量剥壳取仁机性能的两个重要指标。

而影响这两个性能的关键是剥壳方式（吴斌芳等xx96）。

对于核桃剥壳技术，剥壳机可以代表技术的发展。

基于有限元的某线型聚能切割装置失效分析线型聚能切割属于三维问题,涉及到炸药的爆轰,材料在高温、高压和高应变下的大变形等复杂力学问题,很难使用传统的力学公式来描述。

以前对线型聚能装药的研究主要以试验为主,随着计算机技术和数值模拟技术的不断发展,数值模拟已经成为一种重要的研究线性聚能装药的方法。

本文针对某线型聚能装置在起爆时出现一端起爆而一端未爆的现象进行研究,首先使用数值模拟方法,分析了该装置出现起爆故障的可能原因,发现起爆器的偏转角度对起爆影响很大,并通过分析起爆器两侧切割索起爆所需的时间,发现起爆器两侧能量分配不一样,且当偏转角度过大时,起爆器一侧的切割索由于起爆能量不足,将不能被起爆,并通过试验验证了该结论。

针对偏转角度过大时,起爆器一侧的切割索由于起爆能量不足而无法起爆的情况提出了两点改进措施:第一,使用冲击波感度较高的炸药,可以降低起爆所需的能量,能有效解决该装置出现的起爆故障;第二,使用冲击波阻抗较高的垫片,可以提高起爆能量的利用率,一定程度上可以降低出现起爆故障的几率。

并通过试验研究了冲击波感度对起爆性能的影响。

针对该装置,使用正交优化法设计了一种“V”型切割索,并通过试验研究了该“V”型切割索的起爆和切割性能。

最后将其与“U”型切割索进行对比,发现该“V”型切割索形成的射流细长,速度高,在相同的切割深度下装药量更少,且V型切割索的最佳炸高比U型切割索小,可以进一步减小该装置的结构尺寸。

红字为答疑时老师给的解答第一章思考题1-1“用加权余量法求解微分方程，其权函数V和场函数u的选择没有任何限制”，这种说法对吗？答：不对，有连续性要求。

1-2“加权余量法仅适用为传热学问题建立基本的有限元方程，而基于最小势能原理的虚功原理仅适合为弹性力学问题建立基本的有限元方程”，这种说法对吗？答：不对。

虚位移原理不仅可以应用于弹性力学问题，还可以应用于非线性弹性以及弹塑性等非线性问题，虚功原理可以用来推导各种力学问题的有限元基本方法中的基本方程。

最小势能原理仅适用于弹性力学问题。

加权残值法尤其适用于具有连续场的非力学问题，如声、电、磁学的有限元方程的建立。

1-3现代工程分析中的数值分析方法主要有有限差分法、有限元法和边界元法。

这些方法本质上是将求解区域进行网格离散化，然后求解方程获得数值结果。

是否可以将求解区域离散成结点群，但是没有网格进行求解？答：可以，无网格方法是近年发展起来的一种新的数值计算方法。

与基于网格的方法不同，无网格方法只需要节点的信息，不需要节点的信息而不需要节点之间相互联系的信息。

典型无网格方法有配点法、Galerkin方法、Petrov-Galerkin方法等。

（无网格方法数值求解的基本思想：在每个节点上构建待求物理量近似值的插值函数，并用加权残量法和该近似函数对微分方程进行离散，形成与待求物理量相关的各节点近似值的离散方程，并求解之。

）第二章思考题2-1ANSYS软件有哪些模块？在GUI方式下的六个窗口有何功能特点？主要包括前处理模块，分析计算模块和后处理模块①前处理模块提供了一个强大的试题建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元②分析计算模块包括结构分析、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力③后处理可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示等图形方式显示出来，也可将计算记过以图表、曲线形式显示或输出。

科技风2017年7月上4机械化工_________________________D O I ：10.19392/j . cnki . 1671-7341.201713134基于拉压试验机的一种剪切试件设计及优化李仲华余志丹郑策张继鑫叶子健魏刚中国民航大学天津300300摘要：运用有限元数值模拟和实验相结合的方法，设计一种能在拉压试验机上开展剪切性能试验的试件，使其能方便稳定 地开展典型金属材料的剪切试验。

关键词：金属剪切加工；剪切试验件;拉压试验机;数值仿真模拟本文的主要涉及低速范围内金属剪切试验，主要以有限元 数值模拟和实验室内的拉压试验相结合的方法开展研究。

针 对铝合金材料的剪切试验件，首先运用A B A Q U S 进行数值模 拟，然后在拉压试验机上开展剪切试验进行相应的验证，对获 得的实验结果中的各变形和断裂模式进行比较，验证模拟的有 效性，并选取出满足设计要求的剪切试验件。

1剪切试验件的设计及模拟1.1设计思路在参考了应力集中的剪切应力模型后可知:在金属内部缺 口附近及其向基体过渡的某一个区域内，存在有一个过渡应变 场，或称为协调性应变场，这种应变场的性质是以剪切应变模 式存在的，为一个与缺口相关、区域性的、独立的、主导性剪切 应变缺口处的剪应变正相关，也可以说是与缺口的尖锐程度或 过度的圆角大小有关，结构突变的程度越大，局部尖端的主导 剪应变越严重。

要设计一种单向拉伸剪切试验件，就必须通过 设计凸凹型试样和改变加载方向来获得剪切变形区内的拉剪 或压剪应力状态，实现单向剪切条件下变形区内心部应力三轴 度由负到正的近纯剪切成形。

首先，我们优先考虑了剪切核心 部位的形状，通过半圆或者尖角来实现最大化的应力集中，其 次是试件连接根部的部位，大多采用了较为光滑的过渡，斜向 延伸至后方来保持良好的力的传输特性。

参考了相关的文献 资料和不断改进设计后，得到了以下几种初步的模型（如下 图％，其中型号为4和5的试件厚度为4m m 其余试件厚度均 为 1m m 。