材料成型数值模拟技术复习资料.docx

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1、1计算机集成制造系统：将计算机辅助设计（CAD），计算机辅助工艺设计（CAPP），计算机辅助制造（CAM），管理信息系统（MIS），办公制动化（CA）等一系列计算机辅助技术加以集成统一，就形成所谓的计算机集成制造系统。2数值模拟：是指利用一组控制方程（代数或微分方程）来描述一个过程的基本参数变化关系，采用数值计算方法求解，以获得过程（或一个过程的某一方面）的定量认识，及对过程进行动态模拟分析，在此基础上判断工艺或方案的优劣，预测缺陷，优化工程等。3数值模拟的作用：（1）优化工艺设计，使工艺参数达到最佳，提高产品的质量（2）可在较短的时间内，对多种工艺方案进

2、行检测，缩短产品的开发周期（3）在计算机上进行工艺模拟实验，降低产品的开发费用和对资源的消耗4数值模拟应用：（1）铸造方面：1温度场模拟2应力场模拟3流动与传热耦合设计4组织模拟（2）金属塑性加工方面：研究材料在塑性中的变形情况，温度、应力、应变等分布规律以及微观组织力学，机械及物化性能等的变化情况。（3）焊接方面：1焊接的热传导分析2焊接熔池流体动力学和传热分析3电弧物理4焊接、冶金和焊接接头组织性能的测定5焊接应力与变形6焊接过程中的氢扩散7特殊焊接过程中的数值分析8焊接接头的力学行为。5CAE在机械加工与材料成型中的含义区别：（1）机械加工领域中ＣＡ

3、Ｅ偏重于结构的设计分析（２）材料成型领域内ＣＡＥ偏重于工艺过程分析，计算机辅助工程。6ＣＡＤ：狭义：计算机辅助设计。广义：在设计过程中只要将应用于设计的任何一个、几个或全部过程都可成为ＣＡＤ，所以材料成型过程ＣＡＤ往往可以包括ＣＡＰＰ甚至ＣＡＥ。优点：显著提高设计和制造质量，缩短设计周期，实现设计与分析的统一，产生出显著的社会经济效益。发展方向：１集成化２智能化３网络化或协同化４柔性化５绿色化６虚拟化等并行设计７系统的实用性和使用方便性以及降低成本等。虚拟技术包括：１虚拟环境技术２虚拟设计技术３虚拟制造技术４异地开发、网上讨论５靠计算机网络，统一指挥的合作

4、经济实体。7专家系统：在搜集大量的经验与知识的基础上经过严密的推理判断，做出对某一过程有指导意义的决策判断。8数值模拟技术在材料成型过程中的作用：１优化工艺设计，使工艺参数达到最佳，提高产品的质量２可在较短的时间内，对各种工艺方案进行检测，缩短产品开发周期。３在计算机上进行工艺模拟实验，降低产品开发费用和对资源的消耗。地位：是材料成型领域ＣＡＤ的重要内容，也是先进制造技术虚拟化、敏捷化、绿色化生产、并行工程的重要基础。发展趋势：要实现高质量、低成本、短周期材料成型技术，并行环境下的计算机模拟技术是材料成型数值模拟技术发展的一个重要方向，并行工程环境要求高质

5、量、高效率的高度集成数模系统，促进了计算机软硬件技术的发展，计算方法的改善，提高精度；高度集成的数模软件系统的开发等。9前处理：含义：前处理模块是材料成型过程数值模拟系统的重要组成部分，是对材料成型过程进行准确模拟、分析的前提和基础，其性能的好坏直接影响到整个系统的实用性及计算的准确性。内容：实体造型和网格剖分（三维有限元网格剖分技术和有限差分网格剖分技术）。10模拟分析计算：内容：（１）宏观模拟：目的是模拟材料成型过程中材料形状、轮廓、尺寸及宏观缺陷的演化过程及最终结果。１温度场：可以直接预测铸件的凝固前沿及缩孔缩松的位置及大小，可以求出在材料成型过程中

6、工件的温度变化及各点的温度分布２应力／应变场－位移场：主要用于模拟金属材料的塑性成型过程及充不满、皱折、孔洞等缺陷的产生，同时可预测铸件、焊接件的应力分布及变形、裂纹等缺陷。３流动场－压力场、速度场：用于预测铸件的冷隔、卷气、夹渣、冲砂等缺陷，优化浇注系统。（２）微观组织模拟及缺陷模拟：目的是模拟材料成型过程中材料组织及微观尺寸缺陷的演变过程及结果。（３）多种物理场的耦合计算。11后处理：任务：将数值模拟计算中取得的大量复杂数据转化为用户可以看得见，并且可以看出工程含义，可用于指导工艺分析的图形、图像和过程动画，即模拟结果的可视化处理。12STL文件格式：

7、STL文件可以看作是沟通成型工艺CAD系统和CAE系统的桥梁。STL是用于CAD模型与RP设备之间数据交换的文件格式，主要用于支持激光快速成型技术。STL文件是通过对CAD实体模型或曲面模型进行表面三角化离散得到的，相当与用一种全由小三角面片构成的多面体近似原CAD模型。13数值模拟计算方法：有限差分法、有限元法、边界元法、有限体积法和控制体积有限差分法。14有限差分法：基础是用差商代替微商，相应地就把微分方程变为差分方程。有点：对于具有规则的几何特性和均匀的材料特性问题，它的计算程序设计和计算过程较为简单、收敛性好。缺点：局限于规则的差分网格（正方形、矩

8、形、正三角形），显得呆板有余而灵活不足，只考虑了节点的作用而忽略了