1、材料工程系，材料成形的計算機(jī)輔助分析，1。計算機(jī)輔助設(shè)計/計算機(jī)輔助工程廣泛應(yīng)用于材料加工，包括體積成形分析、板料成形分析和流動成形分析。PPT學(xué)習(xí)與交流，3 .PPT研究和交流，鈑金成形分析，4。PPT學(xué)習(xí)與交流，5。PPT學(xué)習(xí)與交流，6。第一章緒論，第三章計算機(jī)輔助工程，第四章是塑性變形的基礎(chǔ)，第五章是材料成形CAE軟件的基礎(chǔ)課程，7。PPT學(xué)習(xí)與交流，介紹。長期以來，成形工藝和模具的設(shè)計以及工藝分析主要基于積累的實踐經(jīng)驗、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和傳統(tǒng)理論。然而，由于實踐經(jīng)驗的不確定性和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的時效性，傳統(tǒng)理論簡化了變形條件和變形過程；因此，復(fù)雜的成形工藝和模具設(shè)計不容易獲得滿意的結(jié)果，導(dǎo)致模具調(diào)試時

2、間長、次數(shù)多，甚至導(dǎo)致模具報廢。通常，為了保證工藝和模具的可靠性和安全性，往往采用保守的設(shè)計方案，導(dǎo)致工序和模具結(jié)構(gòu)尺寸的增加。隨著8、PPT的學(xué)習(xí)和交流，現(xiàn)代成形加工和模具正朝著高效、高速、高精度、高性能、低成本和節(jié)約資源的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的設(shè)計方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。近20年來，隨著計算機(jī)技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一門新技術(shù)計算機(jī)輔助工程。該技術(shù)在成形加工和模具工業(yè)中的應(yīng)用是模具CAE。模具CAE是廣義模具CAD/CAM的主要內(nèi)容之一，在實踐中發(fā)揮著越來越重要的作用，得到了廣泛的應(yīng)用。9、PPT研究和交流，CAE內(nèi)容非常豐富，它一般指運(yùn)用科學(xué)方法，以計算機(jī)軟件的形式，為工程領(lǐng)域提供有效的

3、輔助工具，幫助工程師和技術(shù)人員反復(fù)評估、修改和優(yōu)化產(chǎn)品、加工工藝、工裝和制造成本等。直到獲得最佳結(jié)果。然而，由于所開發(fā)的CAE軟件類型和功能有限，難以實現(xiàn)系列化和集成化；因此，CAE應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到規(guī)定的范圍。目前，模具CAE的主要內(nèi)容只是利用計算機(jī)輔助設(shè)計生成的模型來模擬成形過程，從而獲得成形工件在不同時間和任何位置的應(yīng)力應(yīng)變等各種場的分布，以及潛在問題等其他相關(guān)信息；通過分析和研究這些信息，我們可以實現(xiàn)以下主要目標(biāo)：10 .PPT研究和交流；1.對工件的可加工性進(jìn)行早期判斷，提前發(fā)現(xiàn)成形過程中可能存在的質(zhì)量缺陷，模擬各種工藝方案，減少模具調(diào)試的次數(shù)和時間，縮短模具開發(fā)的時間；2.檢查模具的

4、強(qiáng)度和剛度，選擇最佳模具材料，預(yù)測模具的失效模式和使用壽命，提高模具的可靠性，降低模具成本；3、通過模擬優(yōu)化設(shè)計獲得最佳工藝方案和工藝參數(shù)，增強(qiáng)工藝穩(wěn)定性，降低材料消耗，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；4.找出工件質(zhì)量缺陷或問題的原因，以便找到合理的解決方案。沖壓工藝研究與交流以及成形過程的數(shù)值模擬是模具CAE的基礎(chǔ)。目前，主要有兩種數(shù)值模擬方法：有限元法和有限差分法；一般來說，有限元法在空間中使用，而當(dāng)涉及時間時，有限差分法使用。下面簡要介紹數(shù)值模擬的基本內(nèi)容和方法。，13、PPT學(xué)習(xí)交流有限元法的基本概念，對于連續(xù)體的應(yīng)力問題，從整體上很難得到精確的解；因此，作為一個近似解，整個解區(qū)域可以假設(shè)地離

5、散化，并分解成有限數(shù)量的具有一定形狀的小區(qū)域(即單元)，這些小區(qū)域只在一定數(shù)量的指定點(diǎn)(即節(jié)點(diǎn))處相互連接，形成單元的集合來代替原來的連續(xù)體，如圖7-1所示。只要先得到每個節(jié)點(diǎn)的位移，就可以根據(jù)相應(yīng)的數(shù)值方法近似得到該區(qū)域內(nèi)其他場的分布，這是有限元法的基本思想。14，PPT學(xué)習(xí)與交流，從物理角度來看，即一個連續(xù)的模具部分被分成有限數(shù)量的小三角形單元，如圖7-1所示，這些單元僅在節(jié)點(diǎn)處通過鉸鏈連接，由單元組成的結(jié)構(gòu)近似代替了原來的連續(xù)結(jié)構(gòu)。如果可以合理地獲得每個元件的機(jī)械性能，那么也可以獲得復(fù)合結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能。因此，在一定的約束和給定的載荷下，可以得到每個節(jié)點(diǎn)的位移，進(jìn)而可以得到單元中的其他物理

6、場。這是有限元法直觀的物理解釋。15，PPT學(xué)習(xí)和交流，16，PPT學(xué)習(xí)和交流，從數(shù)學(xué)的角度來看，圖7-1所示的求解區(qū)域被分成許多三角形子區(qū)域，子區(qū)域中的位移可以通過每個節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的未確定位移的合理插值來表示。根據(jù)控制方程(如最小勢能原理)和原問題的約束條件，可以求解每個節(jié)點(diǎn)的待定位移，進(jìn)而得到其他場。擴(kuò)展到其他連續(xù)域問題，節(jié)點(diǎn)未知數(shù)也可以是物理量，如壓力、溫度和速度。這是有限元法的數(shù)學(xué)解釋。從有限元方法的解釋來看，有限元方法的本質(zhì)是將無限連續(xù)體理想化為有限元的組合，從而將復(fù)雜問題簡化為適于數(shù)值求解的結(jié)構(gòu)問題；在一定條件下，通過簡化問題得到的近似解可以逼近真實解。18、PPT學(xué)習(xí)和交流，因為整個

7、連續(xù)體是離散化的，它被分解成小單元；因此，有限元法可以應(yīng)用于任何復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，也便于處理不同的邊界條件，在這些條件下，單元越小，節(jié)點(diǎn)越多，有限元數(shù)值解的精度越高。然而，隨著單元的細(xì)分，需要處理的數(shù)據(jù)量非常大，這很難用手工完成，必須用計算機(jī)來完成；計算機(jī)具有存儲容量大、計算速度快的優(yōu)點(diǎn)。同時，從單元計算到整體區(qū)域的有限元分析非常適合計算機(jī)編程，并且可以由計算機(jī)自動完成，因此，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有限元分析可以快速發(fā)展。19，PPT學(xué)習(xí)與交流，有限元分析的基本過程，根據(jù)有限元法的基本概念，其分析過程可以概括如下，現(xiàn)在以連續(xù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變分析為例，將逐步加以說明。有限元分析的第一步是結(jié)構(gòu)的離散化

8、，這也是有限元方法的基礎(chǔ)。簡而言之，離散化就是將結(jié)構(gòu)劃分成有限數(shù)量的單元，并在單元的指定點(diǎn)設(shè)置節(jié)點(diǎn)，通過節(jié)點(diǎn)將相鄰的單元連接起來，形成單元的集合，取代原來的結(jié)構(gòu)。當(dāng)離散化一個連續(xù)結(jié)構(gòu)時，必須保證離散結(jié)構(gòu)能有效地逼近實際結(jié)構(gòu)；當(dāng)結(jié)構(gòu)在荷載作用下發(fā)生變形時，應(yīng)能保證單元不會在邊界處開裂或相互擠壓，即相鄰單元的位移在變形過程中在邊界處是相同和連續(xù)的；同時，為了提高計算精度，需要考慮合適的單元形狀、合理的單元數(shù)量和劃分方案。20，PPT學(xué)習(xí)與交流，完成結(jié)構(gòu)有限元的離散化后，各單元的特性應(yīng)滿足位移函數(shù)的選擇是否恰當(dāng)是有限元分析的關(guān)鍵。21，PPT學(xué)習(xí)與交流，通用有限元軟件簡介，自20世紀(jì)60年代有限元方

9、法提出以來，由于其強(qiáng)大的功能得到了迅速的發(fā)展。然而，有限元方法的應(yīng)用離不開計算機(jī)和有限元應(yīng)用軟件；因此，隨著有限元方法理論的發(fā)展和完善，許多大型通用有限元軟件如MSC。NASTRAN，ANSYS，ASKA，ADINA和SAP，非線性有限元軟件，如動態(tài)有限元軟件，動態(tài)有限元軟件和MSC。國內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)了MARC等多種功能的有限元應(yīng)用軟件。這些軟件一般具有結(jié)構(gòu)靜動力分析、大變形和穩(wěn)定性分析、各種非線性、熱分析、流體分析和多物理場耦合分析等功能。它們有成熟和完整的細(xì)胞庫，并為二次開發(fā)提供接口。以下是對理學(xué)碩士的簡要介紹。NASTRAN和ANSYS。22，PPT學(xué)習(xí)與交流，作為世界上最流行的大型通用結(jié)

10、構(gòu)有限元分析軟件之一，理學(xué)碩士。NASTRAN的分析功能涵蓋了大多數(shù)工程應(yīng)用領(lǐng)域，并為用戶提供了方便的模塊化功能選項。主要分析功能模塊有：基礎(chǔ)分析模塊(包括靜態(tài)、模態(tài)、屈曲、熱應(yīng)力、流固耦合和數(shù)據(jù)庫管理等)。)、動態(tài)分析模塊、熱傳導(dǎo)模塊、非線性分析模塊、設(shè)計靈敏度分析和優(yōu)化模塊、超單元分析模塊、氣動彈性分析模塊、DMAP用戶開發(fā)工具模塊和高級對稱性分析模塊。23，PPT學(xué)習(xí)與交流，結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析是理學(xué)碩士的主要優(yōu)勢之一。NASTRAN，其主要功能包括：常規(guī)模態(tài)和復(fù)特征值分析、頻率和瞬態(tài)響應(yīng)分析、(噪聲)聲學(xué)分析、隨機(jī)響應(yīng)分析、響應(yīng)和沖擊譜分析、動態(tài)靈敏度分析等。理學(xué)碩士。NASTRAN具有強(qiáng)大

11、的非線性分析功能，包括幾何非線性分析、材料非線性分析、非線性邊界(接觸問題)分析和非線性瞬態(tài)分析。24，PPT研究與交流，25，PPT研究與交流，有限元軟件ANSYS，是由世界上最大的有限元分析軟件公司之一美國ANSYS開發(fā)的，是一個集結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場和聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。ANSYS的預(yù)處理模塊為實體建模和網(wǎng)格生成提供了一個強(qiáng)大的工具，用戶可以方便地構(gòu)建有限元模型。ANSYS工作臺環(huán)境(AWE)是ANSYS公司新開發(fā)的新一代前、后處理環(huán)境。AWE通過其獨(dú)特的插件架構(gòu)，使得CAD幾何導(dǎo)入的成功率很高。當(dāng)計算機(jī)輔助設(shè)計模型改變時，它不需要重新應(yīng)用所施加的載荷和支撐。AWE

12、與計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)之間的雙向關(guān)聯(lián)也意味著計算機(jī)輔助設(shè)計模型的參數(shù)可以由AWE的參數(shù)管理器輕松控制，從而提高設(shè)計效率。26、PPT學(xué)習(xí)與交流、分析與計算模塊包括結(jié)構(gòu)分析(線性分析、非線性分析和高度非線性分析)、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析和多物理場耦合分析，能夠模擬各種物理介質(zhì)的相互作用，并具有靈敏度分析和優(yōu)化分析的能力。27、PPT學(xué)習(xí)交流，結(jié)構(gòu)靜力分析用于解決由外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。靜態(tài)分析非常適合解決慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)影響不顯著的問題。ANSYS程序中的靜力分析不僅可用于線性分析，還可用于非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變和接觸分析。結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或

13、構(gòu)件的響應(yīng)與外部載荷不成比例。ANSYS程序可以求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性。除上述功能外，ANSYS還具有非常強(qiáng)大的分析功能，如熱分析、電磁場分析、流體力學(xué)分析、聲場分析和壓電分析。ANSYS的所有分析類型都基于經(jīng)典的工程概念，采用當(dāng)前成熟的數(shù)值求解技術(shù)。ANSYS提供、29、PPT學(xué)習(xí)與交流，以及ANSYS軟件的后處理模塊，可以用彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流軌跡顯示、三維切片顯示、透明和半透明顯示(可以看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部)等圖形化方式顯示計算結(jié)果，也可以用圖表和曲線的形式顯示或輸出計算結(jié)果。后處理過程由兩部分組成：一般后處理模塊POST1和時間歷

14、史后處理模塊POST26。通過友好的用戶界面，可以方便地得到求解過程的計算結(jié)果并顯示出來。結(jié)果可能包括位移、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、速度和熱流。30，PPT研究與交流，31，PPT研究與交流，金屬塑性成形模擬，塑性有限元的基本概念金屬的塑性變形過程非常復(fù)雜，是一個典型的非線性問題，不僅包括材料非線性，還包括幾何非線性和接觸非線性。因此，塑性有限元比線彈性有限元復(fù)雜得多，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1)由于塑性變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是非線性的，為了解決非線性問題，有必要用適當(dāng)?shù)姆椒▽栴}線性化；一般采用增量法(或分步加載法)，即將物體屈服后施加的載荷分成幾個步驟，在每個加載步驟的每個迭代計算步驟中，該問題被

15、視為線性問題。32，PPT學(xué)習(xí)與交流，2)塑性問題中應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系不一定是一一對應(yīng)的；塑性變形的大小不僅取決于當(dāng)時的應(yīng)力狀態(tài)，還取決于加載歷史；但是，卸載和加載的路徑不同，應(yīng)變關(guān)系也不同；因此，在每個加載步驟中進(jìn)行計算時，通常需要檢查塑性區(qū)中的每個元素是處于加載狀態(tài)還是卸載狀態(tài)。3)在塑性變形過程中，金屬與模具的接觸面不斷變化；因此，必須考慮非線性接觸和動態(tài)摩擦。4)塑性理論中有許多關(guān)于塑性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和硬化模型的理論，其中一些與時間無關(guān)，而另一些是隨時間變化的粘塑性問題；因此，理論本構(gòu)關(guān)系不同，有限元計算公式也不同。5)對于一些大變形彈塑性問題，一般包括材料和幾何非線性，有限元計算必須同

16、時改變單元的形狀和位置，即采用有限變形理論。然而，對于彈性變形可以忽略不計的情況，有必要考慮塑性變形體積不變的條件，采用剛塑性理論。34，PPT研究通訊，彈塑性有限元，在塑性變形過程中，如果彈性變形不可忽略并且對成形過程有很大影響，那就是彈塑性變形問題，比如典型的板料成形。在彈塑性變形中，變形體中質(zhì)點(diǎn)的位移和轉(zhuǎn)動都很小，當(dāng)應(yīng)變和位移基本為線性時，可以認(rèn)為是小變形彈塑性問題，但當(dāng)質(zhì)點(diǎn)的位移或轉(zhuǎn)動很大，且應(yīng)變和位移的關(guān)系為非線性時，則是大變形彈塑性問題；有小變形的彈塑性有限元或大變形(有限變形)的彈塑性有限元。35，PPT研究和交換，由于應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系在彈塑性變形中是非線性的，變形體的最終形狀變化

17、通常不能像線性彈性問題那樣一次性計算；因此，在有限元分析中，只能根據(jù)增量理論進(jìn)行求解，即將整個載荷分解成若干個增量步驟，逐步施加到變形體上。36，PPT學(xué)習(xí)與交流，剛塑性有限元，在塑性加工的體積成形過程中，變形體有較大的塑性變形，而彈性變形相對較小，可以忽略不計。此時，它可以被認(rèn)為是剛塑性問題，如鍛造和擠壓；因此，可以用剛塑性有限元法進(jìn)行分析。剛塑性有限元法，37，PPT研究和交換，在根據(jù)馬爾科夫變分原理求解剛塑性變形問題時，很難建立滿足不可壓縮體積條件的許用速度場，而且由于在剛塑性材料模型中沒有考慮彈性變形，顆粒的平均應(yīng)力sm無法確定，因此變形體中應(yīng)力sij的分布也無法求解。為了解決這個問題，有必要在泛函公式(7-19)中引入體積不可壓縮條件，并得到一個適用于剛塑性材料不完全廣義變分原理的新泛函。體積不可壓縮條件可以用不同的方法引入，包括拉格朗日