金属塑性变形有限元模拟中的约束处理算法

此文提出了适用于金属体积成形过程有限元模拟的约束处理算法.该算法分为三部分.首先,将整个变形域上的节点分为潜在接触节点和非接触节点,分别建在立以节点位移为变量的子系统刚度方程.然后,以潜在接触节点的子系统为对象,确定每个节点与模具的接触状态,对实际接触摸具节点施加位移约束和摩擦条件,并求解耦合了位移约束和摩擦条件的刚度方程.第三,将上述求解的位移结果回代到非接触节点的子系统中,得到剩余节点的位移值.因此,整个系统的位移场以及应变、应力分布亦可确定.该算法的优点在于,将大系统分解为小系统分开求解,使每次求解的变量数目减少,从而可以处理较大规模的工程问题;只对含接触节点的子系统施行坐标变换、约束处理等,提高了有限元计算的效率;将位移约束、摩擦条件直接耦合到子系统中求解,当N—R迭代收剑时,力平衡条件与几何约束条件同时得到满足,从而保证了各控制方程之间的相容性,有利于提高迭代收敛速度和计算稳定性.     

剪切判据与构造对称

在最近十年中,人们知道了韧性岩石中意义最大的剪切判据都是不对称构造(例如压力影、剪切带、C-S构造、组构、张裂隙、褶皱、岩脉)。共轴变形或非共轴变形与对称的质点速度场或不对称的质点速度场之间的对应关系,分别说明了构造的对称性可用作应变历史的标志。在各种野外实例中应用这种对称概念时要强调:(1)已知构造模式的对称程度反映了总体应变状态,与所研究系统的大小和力学特性无关;(2)总体应变状态也可由对总体变形模式产生影响的构造出现的次序和优选性来推断,甚至在递进变形导致产生不能直接判读的复杂模式的地方也是如此。     

滑移线场应力简易图解法-摆线尺作图法

与各种研究塑性成形力学问题的方法比较,滑移线法的主要优点在于能求出塑性区内各点的应力状态和金属质点流动速度。但是除特殊情况(例如滑移线场为简单场、对数螺线场或摆线场)外,塑性区的应力场和速度场一般都不存在闭合解。各点的应力与速度,必须根据 Geiringer 速度方程和 He-ncky 应力方程的差分形式,用数值方法逐点计算。其计算过程极为繁琐。如果用图解方法,则求解过程可大大简化,求得的结果也直观清晰。一目了然。速端图(Hodograph)作为图解速度场的重要手段,已为人们所熟悉。应力图解法由于图解过程仍较复杂,作图也较困难,尚未得到广泛应用。本文就如何简化应力图解过程,改进作图方法,提高求解效率等问题作简要论述。     

轴对称法兰零件 正——径多向挤压变形分析Ⅰ

本文采用整体变形研究了轴对称法兰零件正—径多向挤压的变形状况,并采用平衡方程分析了变形区内应力关系及应变关系,从理论上和实验上探讨了其变形流动规律。     

用云绞法研究轴对称模锻成形

本文提出用云纹法研究轴对称塑性变形体内部应力应变分布的实验方案和计算模型,对齿轮坯模锻件的成形分阶段进行了分析计算,得出子午面上各应变分量和应力分量解,并作出金属变形的位移矢量图和等应变速度强度图。实验中采用新开发的F—FG反光型密栅版,在实物试件上获得清晰的反光云纹图象。     

镦粗过程中塑性变形的发生和发展

塑性变形过程中,变形区不同位置处的点具有不同的应力状态,且同一点在塑性变形过程中的不同时刻,其应力状态也不相同.应力状态的变化必然造成弱区(或相对的弱区)位置的变化.因而变形发生的部位也是不断变化的.通过数值模拟,从等效应变和等效应变率两个方面,对镦粗过程中塑性变形的发生和发展进行了研究.     

西气东输管道工程子长地区黄土环剪试验研究

黄土滑坡是构成西气东输管道安全的重大威胁.本文以西气东输管道工程子长地区的斜坡黄土作为研究对象,通过室内试验研究了该黄土在大剪切位移条件下的力学特征,结果表明:黄土试样在剪切过程中表现出应变软化的特征,并且较快达到残余强度;随着剪切带逐渐形成,黄土试样应力状态发生了改变,其变形也呈现出一定的特征,表现为试样轴向位移经历...     

计算机模拟小变形的三维应变场及应力场

采用ANSYS结构分析软件,对重轨定径小变形进行了变形物理场分析。通过建立较好的三维重轨有限元模型，分析了在位移载荷下的弹塑性应力、应变和位移分布，结是表明用ANSYS计算分析的结果与实际定径实验的结果相符。     

Fe-20Mn-4Si-2Al高锰钢热加工性能研究

目的研究Fe-20Mn-4Si-2Al高锰钢在850~1050℃,不同应变速率条件下的热变形行为。方法将实验钢锭热轧成10 mm厚板材,然后取样在MMS-300多功能热模式试验机上进行单轴热压缩实验。根据获取的应力-应变曲线及微观组织演变规律,系统研究Fe-Mn-Si-Al系高锰钢的热变形行为。结果应变速率是影响Fe-Mn-Si-Al系高锰钢热变形行为的关键因素。在热变形过程中,应变速率越低,Fe-20Mn-4Si-2Al高锰钢越容易发生动态再结晶。获得了实验钢的表观应力指数n=3.10,热变形激活能Q=412.151 kJ/mol,并建立了热加工方程。结论当参数Z≤8.351×10~(17)时,Fe-20Mn-4Si-2Al高锰钢热加工性能较好。     

岩石力学、地震和地震预报

岩石受力超过强度极限就要发生断裂。图1是岩石在三轴荷载条件下典型的应力-应变关系。岩体受某种地质营力作用之后沿OAB曲线积累应变能量。OA是弹性形变范围,应变随应力呈线性增加,当外力解除之后,岩体变形即恢复到原来的形态。     

金属塑性理论基础(三) 应变状态分析

本文研究物体的变形,将变形看成是物体从原先的状态到变形后状态的一个“映象”。然后要定义应变张量,使之既适用于无限小应变的情况,也适用于有限应变的情况,但本文仅着重介绍无限小应变的情况。点的应变张量也是二阶对称张量,它与应力张量有许多相似的性质。应变分析主要     

一种采用圆环压缩测定材料应力-应变函数关系的方法

基于连续速度场的上限流动模型,提出了一种采用圆环压缩法测定单一曲线假设条件下的应力-应变函数关系的新方法,并采用该法测得铝青铜QAL-10-3-1.5的应力-应变函数关系     

差厚贴合减振钢板成形性的数值模拟研究

采用有限元软件MSC.Marc基于更新拉格朗日的弹塑性本构方程,对减振钢板的拉深变形进行了数值模拟。模拟得出了变形过程中的应力应变状态和错动量分布。通过改变内外两层钢板的厚度比,分析了差厚贴合对减振钢板拉深变形错动量的影响。为减振钢板的设计和应用研究提供了可靠的理论依据。     

薄板单向和双向拉伸时的应力应变关系

对薄板材料在单向拉伸和双向拉伸状态下的应力应变关系进行了理论和实验研究,给出了两种应力状态下所得 n 值的相关性,分析了两者对预报成形极限的适用性。将研究材料在单拉及双拉时的应力应变关系用于深拉延成形的过程分析和成形极限参数计算,结果证明单向拉伸时的应力应变关系用于分析深拉延成形过程更为符合实验结果。     

连续包覆型腔内应力应变分布的三维有限元分析

连续包覆型腔几何形状复杂,材料在型腔内为三维变形过程,利用一般的解析方法很难得到型腔内的应力应变分布规律,采用有限元法对连续包覆型腔内材料的变形状态进行了分析,得出了型腔内的三维应力、应变分布,为包覆型腔的优化设计提高了理论依据。     

疲劳损伤等效在随机振动试验中的应用

以疲劳损伤等价为基础的随机振动试验是评价结构振动环境适应性能力的重要手段.将基于位移模态和应变模态的模态叠加方法分别应用于结构振动位移响应和应力响应的分析中,建立了随机振动试验不同激励条件下,结构振动响应的关系;将结构随机振动应力响应的峰值概率分布通用关系应用于疲劳损伤评估,导出了振动疲劳损伤等效关系.以一个试验为例介绍了疲劳损伤等效原则在随机振动试验中的应用.     

塑性理论基础(四) 塑性条件(屈服条件)

一、屈服条件的概念当物体受到外力时,物体就受到应力作用,并产生变形。我们必须知道材料受力到什么程度才开始发生塑性变形。在简单拉伸时,问题是很明显的,即引起塑性变形的是屈服极限应力σ_s,而σ_S是可以在拉伸曲线上找到的。然而在复杂应力状态时,问题就不这样简单了。我们知道这时某一点的应力状态是由六个应力分量确定的,显然不应该任意选取某一个应力分量的数值作为判断材料     

矩形截面毛坯挤压矩形工件的上限研究

应用上限法建立了由矩形毛坯正挤压矩形截面工件的等挤压比流动模型 ,推导出了三次多项式表示的流线方程 ,给出了变形区的动可容速度场、应变速率场及上限功率的表达式 ,获得了挤压力的上限数值解 ;分析了变形程度、工件截面形状等参数对挤压力的影响 ,并获得了相对挤压应力与截面形状系数之间的近似关系式。研究证明采用流线速度场进行上限分析比其他方法更符合实际情况 ,根据流线设计的凹模优于常规凹模 ,如平底模。     

基于平面压入技术研究焊接接头单轴应力-应变关系

目的 获取异种金属焊接接头母材和热影响区局部拉伸应力-应变关系。方法 对压水堆机组蒸汽发生器接管安全端异种金属焊接接头(20MND 5-INCONEL 52-Z2 CND 18.12控氮)进行研究,通过金相检验和显微硬度测试,研究DMWJ母材、热影响区、焊缝熔合线位置的金相组织和维氏硬度分布。采用等直圆棒拉伸试验获得DMWJ低合金钢(20MND 5)母材的应力-应变关系,采用基于能量等效理论的平面压入技术获得DMWJ低合金钢母材、热影响区和焊缝局部材料应力-应变关系。结果 DMWJ材料组织、力学性能不均匀,等直圆棒拉伸试验得到的低合金钢母材拉伸应力-应变关系与平面压入技术测得结果较为吻合。结论 基于能量等效理论的平面压入技术可精确测得DMWJ低合金钢母材、热影响区和焊缝局部材料应力-应变关系,对压水堆核电站DMWJ在役检测及结构完整性评价具有重要意义。     

分流焊合模成形管材过程的数值模拟研究

采用FEM方法对分流焊合模成形管材的挤压变形过程进行了三维模拟,给出了管材挤压过程中铝合金的应力、应变及流动速度等的分布和变化。