洪慧平編著的《金屬塑性成形數(shù)值模擬(高等學(xué) 校教材)(精)》在內(nèi)容組成上，重點(diǎn)介紹金屬塑性成 形過(guò)程總體量、局部量和微觀量的分級(jí)模擬； 在模擬方法上，系統(tǒng)介紹有限元模擬的主要方法 (包括彈塑性、剛塑性、黏塑性有限元法)，特別針對(duì) 金屬塑性成形過(guò)程的特點(diǎn)，介紹材料參數(shù)和重要邊界 條件確定的基本流程，為合理建模提供技術(shù)基礎(chǔ)； 在模擬結(jié)果可靠性分析上，重點(diǎn)介紹各 類誤差源以及提高模擬精度的有效方法； 在實(shí)際應(yīng)用上，結(jié)合大型模擬軟件Marc和 LARSTRAN詳細(xì)介紹軋制、鍛造、沖壓、擠壓和拉拔等 典型塑性加工過(guò)程的具體模擬萬(wàn)法，使讀者能學(xué)以致 用。
本書為高等學(xué)校理工科專業(yè)(包括材料加工、機(jī) 械制造、冶金工程等)金屬塑性成形數(shù)值模擬及相關(guān) 課程的教材，也可供研究生及工程技術(shù)人員使用。
第1章 概論
1.1 金屬塑性成形概述
1.1.1 金屬塑性成形的基本概念
1.1.2 金屬塑性成形的基本分類
1.2 金屬塑性成形數(shù)值模擬的意義
1.3 金屬塑性成形數(shù)值模擬的主要任務(wù)
1.3.1 金屬塑性成形數(shù)值模擬的特點(diǎn)
1.3.2 金屬塑性成形數(shù)值模擬的主要任務(wù)
1.4 模擬的基本概念
1.4.1 模擬的定義
1.4.2 數(shù)值模擬與物理模擬的區(qū)別與聯(lián)系
1.5 金屬塑性成形問(wèn)題的主要求解方法
1.5.1 有限元法
1.5.2 邊界元法
1.5.3 有限差分法
1.5.4 初等解析法
1.5.5 滑移線法
1.5.6 上、下界法
1.5.7 視塑性法
1.6 金屬塑性成形數(shù)值模擬的分級(jí)
1.6.1 金屬塑性成形的目標(biāo)量
1.6.2 金屬塑性成形數(shù)學(xué)模型的分級(jí)
1.6.3 金屬塑性成形數(shù)值模擬的分級(jí)
1.7 金屬塑性成形數(shù)值模擬的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)
1.7.1 金屬塑性成形數(shù)值模擬的應(yīng)用
1.7.2 金屬塑性成形數(shù)值模擬的若干發(fā)展趨勢(shì)
思考題
第2章 有限元法的基本原理
2.1 有限元法的基本概念
2.2 工程問(wèn)題有限元分析的流程
2.2.1 問(wèn)題分類
2.2.2 數(shù)學(xué)模型
2.2.3 初步分析
2.2.4 有限元分析
2.2.5 檢查結(jié)果
2.2.6 期望修正
2.3 有限元法的計(jì)算步驟
2.3.1 有限元法計(jì)算的基本步驟
2.3.2 所需CPU時(shí)間
2.3.3 簡(jiǎn)單算例分析
2.4 單元類型選擇及高斯積分法
2.5 非線性有限元的迭代算法
2.5.1 完全N-R方法
2.5.2 修正N-R方法
2.6 非線性迭代求解的收斂判據(jù)
思考題
第3章 金屬塑性成形非線性有限元分析
3.1 非線性的基本概念
3.1.1 非線性問(wèn)題
3.1.2 3種非線性來(lái)源
3.2 材料非線性分析
3.2.1 彈塑性有限元法
3.2.2 剛塑性有限元法
3.2.3 黏塑性有限元法
3.3 幾何非線性分析
3.3.1 幾何非線性概述
3.3.2 坐標(biāo)系
3.3.3 完全拉格朗日法與更新拉格朗日法
3.3.4 歐拉列式
3.3.5 任意歐拉-拉格朗日列式
3.4 接觸非線性分析
3.4.1 接觸問(wèn)題的特點(diǎn)
3.4.2 接觸體的分類
3.4.3 接觸體的運(yùn)動(dòng)
3.4.4 接觸的描述方法
3.4.5 施加約束
3.4.6 摩擦模型
3.4.7 耦合接觸分析
3.4.8 接觸分析的網(wǎng)格自適應(yīng)
3.4.9 接觸問(wèn)題的若干數(shù)值方法
思考題
第4章 金屬塑性成形有限元模擬的若干關(guān)鍵技術(shù)
4.1 自動(dòng)網(wǎng)格優(yōu)化技術(shù)
4.1.1 單元密度與單元幾何形態(tài)
4.1.2 自適應(yīng)網(wǎng)格劃分
4.1.3 網(wǎng)格重劃分技術(shù)
4.2 隱式求解法與顯式求解法
4.3 熱力耦合分析方法
4.3.1 熱力耦合概念
4.3.2 熱力耦合求解方法
4.3.3 熱邊界條件
4.4 模擬結(jié)果的主要影響因素
4.4.1 有限元模擬的誤差源
4.4.2 提高模擬精度的措施
思考題
第5章 材料參數(shù)及邊界條件的確定方法
5.1 確定材料參數(shù)及邊界條件的基本流程
5.1.1 材料參數(shù)的分類
5.1.2 確定材料參數(shù)和邊界量的基本流程
5.2 流變應(yīng)力、流變曲線的測(cè)定方法
5.2.1 流變應(yīng)力、流變曲線
5.2.2 流變曲線測(cè)定的不確定性
5.2.3 流變曲線的描述
5.2.4 流變曲線的表達(dá)式
5.2.5 流變應(yīng)力的測(cè)定方法
5.3 摩擦邊界條件的處理方法
5.3.1 摩擦
5.3.2 摩擦定律
5.3.3 摩擦系數(shù)和摩擦因子的測(cè)定方法
5.4 傳熱邊界條件的建立方法
5.4.1 熱傳遞
5.4.2 熱傳遞定律
5.4.3 變形熱與摩擦熱的確定方法
思考題
第6章 金屬塑性成形數(shù)值模擬應(yīng)用舉例
6.1 概述
6.1.1 Marc有限元軟件簡(jiǎn)介
6.1.2 Marc有限元分析的基本步驟
6.2 軋制過(guò)程數(shù)值模擬
6.2.1 問(wèn)題提出
6.2.2 模擬方法
6.3 鍛造過(guò)程數(shù)值模擬
6.3.1 問(wèn)題提出
6.3.2 模擬方法
6.4 沖壓過(guò)程數(shù)值模擬
6.4.1 問(wèn)題提出
6.4.2 模擬方法
6.5 擠壓過(guò)程數(shù)值模擬
6.5.1 問(wèn)題提出
6.5.2 模擬方法
6.6 拉拔過(guò)程數(shù)值模擬
6.6.1 問(wèn)題提出
6.6.2 模擬方法
6.7 超塑性成形數(shù)值模擬
6.7.1 問(wèn)題提出
6.7.2 模擬方法
思考題
第7章 金屬熱變形組織模擬應(yīng)用舉例
7.1 概述
7.2 金屬熱變形組織模擬方法
7.2.1 熱變形過(guò)程動(dòng)態(tài)組織模擬原理
7.2.2 熱變形組織模擬(STRUCSIM)計(jì)算流程
7.2.3 描述熱變形微觀組織的材料模型
7.3 LARSTRAN／STRUCSIM模擬組織的步驟
7.3.1 LARSTRAN有限元軟件簡(jiǎn)介
7.3.2 LARSTRAN／STRUCSIM模擬組織的步驟
7.4 熱壓縮過(guò)程組織模擬
7.4.1 問(wèn)題提出
7.4.2 模擬方法
7.5 板材軋制過(guò)程組織模擬
7.5.1 問(wèn)題提出
7.5.2 模擬方法
7.6 孔型軋制過(guò)程組織模擬
7.6.1 問(wèn)題提出
7.6.2 模擬方法
思考題
附錄
附錄1 有限元分析中常用的單位及換算表
附錄2 Marc中建立材料數(shù)據(jù)庫(kù)的方法
附錄3 LARSTRAN中建立材料數(shù)據(jù)庫(kù)的方法
參考文獻(xiàn)
索引
1.2 金屬塑性成形數(shù)值模擬的意義
金屬塑性成形作為制造技術(shù)的分支，其追求的目標(biāo)是優(yōu)質(zhì)、低耗、高效率地生產(chǎn)出用戶所需的產(chǎn)品。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、提高生產(chǎn)的安全性和可靠性以及環(huán)境保護(hù)等，提出了越來(lái)越高的要求，這就要求不斷地改進(jìn)或優(yōu)化金屬塑性成形的生產(chǎn)工藝。
在金屬塑性成形技術(shù)的發(fā)展歷程中，人們?cè)L(zhǎng)期依據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者采用簡(jiǎn)單假設(shè)的經(jīng)驗(yàn)公式或設(shè)計(jì)規(guī)則來(lái)制訂和改進(jìn)工藝方案及設(shè)備的設(shè)計(jì)方案。例如，為了設(shè)計(jì)制造一臺(tái)大型設(shè)備，先制造一臺(tái)小型的，根據(jù)觀測(cè)和檢測(cè)的結(jié)果，再制造一臺(tái)中型的，然后再制造一臺(tái)大型的。在大型設(shè)備試生產(chǎn)一段時(shí)問(wèn)后，再進(jìn)行必要的修改。從工具設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制、生產(chǎn)線建設(shè)直至大型生產(chǎn)基地的決策等，早期多采用這種試湊法(trial and error)。
然而金屬塑性成形往往不是在一個(gè)塑性加工步驟中完成，而是由相互影響的多階段組成的�，F(xiàn)代化塑性成形工業(yè)(例如連續(xù)軋制生產(chǎn)線等)是一個(gè)由冶金、機(jī)械、電氣、自動(dòng)控制和其他設(shè)施組成的高效率、高精度的綜合化學(xué)冶金、物理冶金、機(jī)械加工等的生產(chǎn)系統(tǒng)，而且工藝和設(shè)備不斷革新。人們發(fā)現(xiàn)，單純用試湊法已不能滿足要求。例如，異型斷面軋制孔型和復(fù)雜形狀的沖壓模具的設(shè)計(jì)及反復(fù)修改是一個(gè)很耗時(shí)費(fèi)力的工作；一種產(chǎn)品的質(zhì)量控制，從連鑄、連軋到成品生產(chǎn)線的協(xié)調(diào)性等都將受到眾多隨機(jī)因素的影響，人們很難做出正確的決策；連續(xù)、高速生產(chǎn)過(guò)程中，各因素之間的制約關(guān)系也很難進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)和判斷；有時(shí)，小型設(shè)備并不能反映大型設(shè)備的問(wèn)題，如用窄帶鋼難以模擬寬帶鋼的板型問(wèn)題，用小鍛件也難以模擬大型鍛件的內(nèi)部組織變化情況，等等。
尤其是面對(duì)當(dāng)今世界競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)，產(chǎn)品研發(fā)者在開發(fā)新產(chǎn)品或新工藝方面，必須在很短的時(shí)間內(nèi)，有時(shí)是在缺乏前人經(jīng)驗(yàn)的情況下進(jìn)行工作。由于產(chǎn)品的更新更加頻繁，材料更難以加工，且越來(lái)越多的復(fù)雜零件需要精密成形，而允許進(jìn)行實(shí)物試驗(yàn)的時(shí)問(wèn)被大大縮短，因此必須采用更加先進(jìn)的科學(xué)研究方法，從而有效地提高產(chǎn)品開發(fā)者的工作效率，以適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。
隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)為有效分析和解決上述復(fù)雜問(wèn)題提供了可能性。計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)能在試驗(yàn)、制造、試生產(chǎn)之前，對(duì)諸如規(guī)劃、試驗(yàn)、設(shè)計(jì)等重大決策性問(wèn)題提出預(yù)報(bào)性結(jié)論并能夠通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)生產(chǎn)工藝及設(shè)備參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。它可以解決試湊法耗時(shí)費(fèi)力的問(wèn)題、因素眾多難以決策的問(wèn)題，并克服不能進(jìn)行試驗(yàn)的困難。
……
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