金属板带塑性成形有限元分析

目录 前言 第1章 有限元方法基础及其发展 1 1.1 显式动力学有限元方法基本理论 1 1.2 弹塑性本构方程 4 1.3 接触问题的罚函数法 6 1.3.1 接触问题的弱形式 6 1.3.2 罚函数法的有限元方程 7 1.4 有限元方法在板带轧制中的现状与进展 9 1.4.1 有限元方法的应用 10 1.4.2 轧制过程有限元方法面临的问题 10 参考文献 12 第2章 板带热轧过程有限元分析 13 2.1 多道次立-平轧制过程轧件变形行为分析 13 2.1.1 有限元模型与参数 13 2.1.2 轧制过程几何模型更新方法 15 2.1.3 多道次轧制过程轧件变形行为的模拟结果 16 2.1.4 轧件头尾形状 17 2.1.5 轧件角部金属流动情况 20 2.1.6 轧件应变分布 22 2.1.7 轧制实验验证 22 2.2 多道次中厚板轧制过程热力耦合模拟 23 2.2.1 多道次轧制过程热力耦合分析流程 23 2.2.2 中厚板轧制过程模拟 24 2.2.3 计算结果与分析 25 2.3 中厚板轧制过程平面形状控制道次有限元模拟 26 2.3.1 平面形状控制道次有限元模型 27 2.3.2 结果分析 28 2.4 四辊热连轧过程有限元模拟 30 2.4.1 建立四辊轧制的弹塑性有限元模型 30 2.4.2 轧制过程轧制力计算 31 参考文献 33 第3章 板带轧制过程裂纹缺陷演变有限元分析 35 3.1 轧制过程轧件角部横向裂纹演变行为 35 3.1.1 轧制过程裂纹的扩展与闭合 36 3.1.2 轧制过程裂纹表面接触压力 42 3.1.3 轧制过程裂纹尖端应力 46 3.1.4 轧件表面横向裂纹扩展与闭合的轧制实验 52 3.2 轧制过程轧件表面纵向裂纹演变行为 53 3.2.1 轧制过程纵向裂纹形状变化 54 3.2.2 轧件表面纵向裂纹演变行为的轧制实验 60 3.3 轧制过程轧件表面裂纹演变机制 61 3.4 轧制过程轧件表面裂纹演变行为热力耦合有限元分析 64 3.4.1 二维有限元模型 64 3.4.2 裂纹演变二维计算结果与分析 65 参考文献 69 第4章 板带轧制过程内部裂纹演变有限元分析 71 4.1 轧制过程轧件内部裂纹演变行为的数值分析 71 4.1.1 轧制过程裂纹形状变化 72 4.1.2 轧制过程轧件内部裂纹表面接触压力 73 4.2 轧制过程内部裂纹演变残留孔隙的有限元模拟 76 4.2.1 二维有限元模型 76 4.2.2 裂纹演变过程分析 78 4.2.3 裂纹演变过程讨论 80 参考文献 82 第5章 板带轧制过程内部夹杂物演变分析 84 5.1 轧件中夹杂物的检测 84 5.2 轧制过程轧件内部夹杂物演变行为的数值模拟 85 5.2.1 模型中几何和材料参数 85 5.2.2 含有夹杂物的轧件轧制有限元模型 87 5.3 轧制过程夹杂物形状变化 87 5.3.1 夹杂物尺寸对轧制过程中夹杂物形状变化的影响 90 5.3.2 夹杂物位置对轧制过程中夹杂物形状变化的影响 92 5.3.3 工作辊直径对轧制过程中夹杂物形状的影响 93 5.3.4 夹杂物变形能力对轧制过程中夹杂物形状变化的影响 94 5.4 轧制过程夹杂物及其附近区域基体应变分布 95 5.4.1 夹杂物变形能力对夹杂物及附近区域应变分布的影响 96 5.4.2 夹杂物位置对夹杂物及附近区域应变分布的影响 100 5.4.3 工作辊直径对夹杂物及附近区域应变分布的影响 100 5.5 轧制过程夹杂物在轧件中的相对位置变化 102 5.5.1 夹杂物直径对轧制过程中夹杂物在轧件中相对位置的影响 102 5.5.2 夹杂物变形能力轧制过程中夹杂物在轧件中相对位置的影响 103 5.5.3 夹杂物位置对轧制过程中夹杂物在轧件中相对位置的影响 104 5.5.4 工作辊直径对轧制过程中夹杂物在轧件中相对位置的影响 104 5.6 夹杂物与轧件基体之间裂纹形成 105 参考文献 110 第6章 板带电磁脉冲自由胀形2D有限元模拟 111 6.1 电磁脉冲成形数值模拟方法介绍 111 6.2 不同模拟算法和脉冲电流第二半波对成形的影响 113 6.2.1 模拟条件 113 6.2.2 有限元建模 114 6.2.3 松散耦合法与顺序耦合法计算效果对比 116 6.2.4 脉冲电流第二半波对模拟结果的影响 119 6.2.5 成形时的温升变化 122 6.3 电磁自由胀形过程中板料的厚度分布 122 6.3.1 实验与模拟结果对比 123 6.3.2 模拟结果分析 124 6.4 电磁成形过程中*佳电流频率的选择 129 6.4.1 实验和有限元模型 130 6.4.2 实验结果分析 130 6.4.3 影响因素 131 6.4.4 分析和讨论 137 参考文献 139 第7章 板带电磁脉冲自由胀形3D有限元模拟 141 7.1 平板自由胀形过程仿真 141 7.1.1 模型参数 141 7.1.2 电磁场模型 142 7.1.3 结构场模型 143 7.2 管件自由胀形过程仿真 151 7.2.1 电磁场模型 151 7.2.2 结构场模型 152 7.2.3 温度场模型 157 参考文献 158 第8章 板带电磁脉冲渐进成形有限元仿真 159 8.1 基于凹模的电磁脉冲渐进成形 161 8.1.1 模拟流程 161 8.1.2 有限元建模 162 8.1.3 模拟结果分析 164 8.1.4 实验结果 173 8.2 基于凸模的电磁脉冲渐进成形 182 8.2.1 EMIF-SF成形原理简图 183 8.2.2 数值模拟流程图 184 8.2.3 有限元建模 184 8.2.4 实验研究 189 参考文献 192 第9章 径向力助推筒形件电磁渐进复合拉深 193 9.1 成形原理和创新性 194 9.1.1 成形原理 194 9.1.2 本方法的特色和创新之处 195 9.2 电磁辅助拉深实验 196 9.2.1 实验装置 196 9.2.2 实验方案 197 9.2.3 实验1结果 197 9.2.4 实验2结果 199 9.3 有限元仿真 199 9.3.1 数值模拟流程图 199 9.3.2 有限元模型 200 参考文献 204 第10章 多向磁场力驱动管件胀形 206 10.1 传统电磁脉冲胀形 206 10.2 多向磁场力驱动管件电磁脉冲胀形原理 208 10.3 磁场结果分析 209 10.4 管件胀形分析 212 参考文献 215 第11章 轧制变形与电磁成形有限元应用案例 216 11.1 显式有限元软件LS-DYNA介绍 216 11.1.1 DYNA分析的基本内容 216 11.1.2 DYNA分析的文件组织 216 11.1.3 LS-DYNA常用单元 217 11.1.4 定义材料 220 11.2 中厚板可逆轧制分析 226 11.2.1 实例说明 226 11.2.2 难点与策略分析 227 11.2.3 交互式操作分析 228 11.3 带张力板带精轧过程分析 237 11.3.1 实例说明 237 11.3.2 难点与策略分析 239 11.3.3 交互式操作分析 239 11.4 电磁脉冲成形3D耦合模拟 254 11.4.1 实例说明 254 11.4.2 难点与策略分析 255 11.4.3 交互式操作分析 255 参考文献 277 彩图