有限元方法在金属塑性成形中的应用

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1、万方数据有限元方法在金属塑性成形中的应用／陆璐等·87·有限元方法在金属塑性成形中的应用。陆璐1w，王辅忠2，王照旭1(14天津工业大学材料科学与化学工程学院，天津300160；2天津工业大学物理系，天津300160；3渤海大学信息科学与工程学院，锦州121000)摘要有限元法是应用于金属塑性成形数值模拟中的一种有效的数值计算方法。详细介绍了弹塑性、刚塑性、粘塑性3种有限元法。刚塑性有限元法适用于大塑性变形，包括板带、型钢轧制和环件轧制的模拟分析等。弹塑性有限元法在金属塑性成形数值模拟中应用最广。与刚塑性方法相比，弹塑性有限元法还能有效处理卸栽问题，计算残余应力和应变。而粘塑性有限元法适

2、用于金属热变形或强化不显著的软金属变形。同时，结合国内外最新的具体实例说明了这些方法在金属塑性成形领域中的具体应用，展望了有限元方法在金属塑性成形中的发展。关键词’有限元法弹塑性刚塑性粘塑性金属塑性成形ApplicationofFiniteElementMethodinMetalPlasticFormingLULul”，WANGFuzhongz，WANGZhaoxul(1DepartmentofMaterialScienceandChemicalEngineering，TianjinPolytechnicUniversity，Tianjin300160；2DepartmentofPhys

3、ics，TianjinPolytechnicUniversity，Tianjin300160；3DepartmentofInformationScienceandEngineering，BohaiUniversity，Jinzhou121000)AbstractFiniteelementmethod(FEM)iSflkindofeffectivenumericalcalculationmethodwhichiSappliedinnumericalsimulationofmetalplasticformingprocess．Inthispaper，threetypesofFEMssucha

4、selastic-plasticFEM，rigid-plasticFEMandviscid-plasticFEMareintroducedindetail．Therigid-plasticFEMisaneffectivemethodtOcal—culatesevereplasticdeformationswhichincludestrip。beamrollingandringrolling．Theelastic-plasticFEMisusedwidelyinthenumericalsimulationofmetalplasticforming．Itismoreeffectivethan

5、therigid-plasticFEMtOsolvetheunloadingproblems，calculationofresidualstressandresidualstrain．Theviscid-plasticFEMissuitabletosolvethequestionofmetalhotdeformationorstrengthenindistinctivesoftmetaldefornmtion．TheapplicationofFEMsimula—tioninmetalplasticformingfieldisillustratedbypracticalexamplesre

6、centlystudiedinthewod&Finally，thepros—pectofFEMinmetalplasticformingisforecasted．KeywordsFiniteelementmethod；Elastic-plastic；Rigid-plastic；Viscid-plastic；Metalplasticforming0引言金属塑性成形的数值模拟始于20世纪60年代。最早出现的方法是有限差分法，但此类方法仅限于解决诸如球形、冲头胀形等轴对称问题，对复杂边界条件处理存在困难而未能得到广泛应用。金属塑性成形数值模拟的核心是有限元法。1959年Hill开始进行大变形有

7、限元法基础理论的研究工作。1970年H．D．Hibbit等首先采用了以拉格朗日描述法为基础的大变形弹塑性有限元列式[1]。有限元方法开始应用于金属塑性成形的数值模拟，使准确模拟实际金属塑性成形过程成为可能。随后，相继出现了刚塑性、弹塑性理论，以及运用这些理论进行的成形模拟，这些研究极大地推动了金属塑性成形的理论发展。20世纪80年代以来，该技术得到突飞猛进的发展，国际上也召开了板材成形数值模拟会议NUMISHEET，会议内容除论文发