基于物質(zhì)點法三維金屬體積成形的數(shù)值模擬研究.pdf

1、金屬體積成形是目前加工金屬零件的一種重要手段，其成形過程為大變形過程，涉及幾何非線性和材料非線性問題，必須借助數(shù)值方法來求解。物質(zhì)點法作為一種新型無網(wǎng)格數(shù)值模擬方法，它即可以克服有限元法網(wǎng)格畸變問題，同時也有效地避免了傳統(tǒng)無網(wǎng)格法的計算量大、本質(zhì)邊界條件施加困難、質(zhì)點影響域搜索費時等不足。本文將物質(zhì)點法應(yīng)用于三維金屬體積成形問題的數(shù)值模擬研究，分別對自由鐓粗和反向擠壓兩種金屬體積成形過程進行了數(shù)值模擬研究，并與有限元法及傳統(tǒng)無網(wǎng)格伽遼金

2、法模擬結(jié)果進行了對比，探討了物質(zhì)點法在模擬金屬體積成形過程的可行性和有效性。具體內(nèi)容為：
　　采用加權(quán)余量法推導了物質(zhì)點法控制方程的弱形式及其離散格式，給出了物質(zhì)點法的顯式計算流程；結(jié)合金屬彈塑性理論與物質(zhì)點法建立了金屬彈塑性物質(zhì)點法求解格式；利用Fortran語言編寫了相應(yīng)的計算程序，通過算例驗證了彈塑性物質(zhì)點法和程序的正確性；從計算效率、計算精度以及不同離散質(zhì)點數(shù)下的計算結(jié)果等方面將物質(zhì)點法與有限元法、無網(wǎng)格伽遼金法進行了對比

3、研究。結(jié)果表明物質(zhì)點法的計算精度和效率與有限元法相當，而高于無網(wǎng)格伽遼金法，并且在質(zhì)點數(shù)目發(fā)生改變時表現(xiàn)出了比無網(wǎng)格伽遼金法更高的穩(wěn)定性。
　　基于物質(zhì)點法對金屬坯料自由鐓粗和反向擠壓的三維金屬體積成形過程進行了數(shù)值模擬研究。在自由鐓粗的模擬中，分別對無摩擦接觸及有摩擦接觸等情況進行了仿真分析，并與實驗、有限元法的結(jié)果進行了對比，結(jié)果吻合良好，表明了本文利用物質(zhì)點法計算三維金屬體積成形問題時的可行性和有效性。在反向擠壓成形模擬中，

4、分別對不同壓下量時坯料變形流動規(guī)律以及等效應(yīng)力和等效應(yīng)變的變化規(guī)律進行研究，并與有限元法以及無網(wǎng)格伽遼金法進行了對比，結(jié)果表明，當壓下量較小時，物質(zhì)點法與有限元法均能較好地模擬成形過程，但當壓下量較大時有限元網(wǎng)格產(chǎn)生了嚴重的畸變而導致計算終止，而物質(zhì)點法計算不受影響，能一次完成整個過程的計算，并與無網(wǎng)格伽遼金法結(jié)果吻合，可見在模擬金屬體積成形大變形問題時，物質(zhì)點法相比于有限元法具有更大的優(yōu)勢。
　　本文的研究為物質(zhì)點法應(yīng)用于其它金