课程名称金属塑性成形过程模拟

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1、课程名称：金属塑性成形过程模拟课程编码：7122701课程学分：3学分课程学时：48学时适用专业：材料成型及控制工程《金属塑性成型过程模拟》教学大纲Metalplasticformingprocesssimulation 一课程性质、目的与任务本课程属于“材料成型与控制工程专业”本科生的专业基础课。本课程的目的：学生运用已掌握的《材料力学》、《线性代数》和《金属塑性成型原理》知识，进一步学习有限元分析的基本理论和方法，初步掌握非线性分析软件MSC.AutoForge的使用技能，为日后独立运用现代CAD/CAM关键技术——有限元数值模拟方法分析材料塑性成型时的流动、应力应变场及温度场等，进行参数

2、设计及优化，开发新工艺、新技术、新产品等提供强有力工具。本课程的任务：介绍有限元法的基本原理和实施方法，使学生掌握有限元分析的必备基础知识，了解有限元数值方法及其工程应用，特别是在金属塑性成型问题研究方面的应用，使学生初步掌握MSC.AutoForge的操作方法，为使用同类的其它工程软件，进而掌握并独立运用这一现代手段打下基础。二教学基本内容和基本要求1．概论（1）过程(模拟)仿真的的基本概念，掌握模拟（仿真）的基本概念，物理模拟与数值模拟的定义、区别及其特点；（2）金属塑性成型系统。了解金属塑性成型系统的分类；块体成型与板料成型的概念及其特点，系统变量的组成及其相互关系，塑性成型的过程变量及

3、对成型过程和工件质量的影响；（3）金属塑性成型数值模拟的先决条件①金属流动应力的定量描述与测定；流动应力的影响因素及影响规律；②界面摩擦的定量描述与测定；界面摩擦对材料成型过程及工件质量的影响；（4）金属塑性成型过程中的温度。分析塑性成型时的温度变化以及对成型过程和工件质量的影响。（5）有限元数值模拟与传统方法的比较。数值有限元数值模拟的优点。2．有限元分析理论与方法（1）有限元法的基本思想，有限元分析的一般步骤，①单元类型及其选择。熟练掌握2D、轴对称和3D问题的单元种类。②变形体的离散化。掌握如何根据实际问题进行计算区域的选择、简化（理想化）的一般技巧、有限元网格划分（布局）要求；了解节点

4、整体编码优化及其意义。③单元分析。了解单元分析的任务、步骤；④位移模式。了解位移模式的“四性”，形函数或插值函数的确定原则与方法，插值多项式的完备性与几何各向同性；掌握三边形、四边形、八面体单元插值函数的求法；坐标映射及局部（自然）坐标的概念；常应变单元与等参单元的概念。⑤几何矩阵、应力矩阵、本构关系矩阵与单元刚度矩阵。要求熟知平面问题的三边形、四边形单元几何矩阵；轴对称问题几何矩阵；3D问题几何矩阵的一般形式；熟悉应力矩阵和应力应变关系矩阵的定义及构成；了解单元刚度矩阵的导出依据（虚功原理）与过程；三边形单元刚度矩阵的显式。⑥外载荷与体积力的转换。掌握外部载荷的转换原则、方法以及等效节点力的

5、求取。⑦数值积分。了解Simpson积分与Gauss积分法的区别，Gauss积分法的优点；积分点与加权系数的确定；计算量与积分点数的关系。⑧单元的整体集成。了解单元集成的步骤，整体刚度矩阵集成的原则，矩阵子块的编码规则。⑨边界条件的处理。掌握载荷边界条件、传热边界条件和位移边界条件的处理方法（2）弹塑性有限元法①弹塑性有限元法的本构关系。了解塑性矩阵的构成，②残余应力和残余应变计算的意义及计算方法3．MSC.MARC/AutoForge软件及应用（1）介绍MSC.AutoForge软件的主要功能，典型分析过程，（2）MSC.AutoForge软件的使用方法。前处理建模方法，加载和求解，后处理。

6、1）通过课堂教授与上机实验，使学生初步掌握在AutoForge环境下分析建模的一般步骤、操作方法，包括：①几何建模与CAD界面的使用；②材料性质定义、初始条件定义；③边界条件定义。掌握位移边界条件和外载边界条件的定义操作，了解传热边 界条件定义法方法；④接触体定义。掌握工件、刚性工具的定义以及接触表定义的操作；2）载荷工况与作业参数。了解载荷工况参数设置与定义，包括收敛准则、过程分析时间及总增量步设置；掌握作业参数的设置方法。3）后处理方法。通过后处理示例，掌握历史绘图和路径绘图方法以及图形文件的处理。（3）金属轧制过程分析实例。通过上机实验，进行完整的实际轧制过程分析，熟悉用AutoForg

7、e软件分析金属塑性成型问题的操作全过程。三教学内容及学时分配本课程内容共5章，学时分配及重、难点见下表。课程内容教学要求重点(☆)难点(Δ)学时安排备注0前言0.1数值模拟技术的发展与应用0.2常用工程软件简介 AB ☆    422 1概论1.1基本概念1.2塑性成型系统分类与基本变量1.3有限元法基本原理和步骤 AAB ☆☆☆ 6222 2几种常用单元2.1杆单元与梁单元2.2二维三角形单元与