板材有限元的历史及发展

《板材有限元的历史及发展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、板材有限元的历史及发展摘要：在参阅和分析大量有关文献的基础上，对板材成形有限元数值模拟的发展作了简要的综述，对当前应用广泛的板料成形有限元数值模拟在国内外的发展概况和发展趋势进行了剖析，为深入了解板料成形有限元的发展提供了有益的参考。关键词：有限元法；有限元分析；弹塑性；板料成形；数值模拟1前言有限单元法是工程计算领域的一种主要的数值计算方法，其基本思想就是将连续区域上的物理力学关系近似地转化为离散规则区域上的物理力学方程。它是一种将连续介质力学理论、计算数学和计算机技术相结合的一种数值分析方法。此方法由于其灵活、快捷和有效，已迅速发展成为板料冲压成形中求解数理方程的一

2、种通用的数值计算方法。2弹塑性（板材）有限元分析研究历史及发展概况有限元法建立之初，只能处理弹性力学问题，无法应用于金属塑性成形分析。1965年Marcal提出了弹塑性小变形的有限元列式求解弹塑性变形问题，揭开了有限元在塑性加工领域应用的序幕。1968年年日本东京大学的Yamada推导了弹塑性小变形本构的显式表达式，为小变形弹塑性有限元法奠定了基础。但小变形理论不适于板料冲压成形这样的大变形弹塑性成形问题，因此人们开始致力于研究大变形弹塑性有限元法。1970年美国学者Hibbitt等首次利用有限变形理论建立了基于La-grange格式（T。L格式）的弹塑性大变形有限元列

3、式。1993年Lee和Kabayashi提出了刚塑性有限元法。1973年Oden等建立了热-弹粘塑性大变形有限元列式。1975年Mcmeeking建立了更新Lagrange格式（U。L格式）的弹塑性大变形有限元列式。1978年Zienkiewicz等提出了热耦合的刚塑性有限元法。1980年Owen出版了第一本塑性力学有限元的专著，全面系统地论述了材料非线性和几何非线性的问题。至此，大变形弹塑性有限元理论系统地建立起来了。随着超级计算机和各种性能优良的计算机工作站的涌现，以及有限元方法的成熟和计算机图形软件的发展，板材成形有限元数值模拟研究在经过十几年之后到1989年迎来

4、了一个蓬勃发展的时期。这一时期的研究有三个显著特点：第一，3研究单位(研究所、大学、软件公司)与工业界(特别是汽车、钢铁厂家)进行了密切合作，研究从分散走向集中。日本于1990年建立了一个以理化学研究所、大阪大学为研究中心，包含了近30家企业(汽车公司有TOYOTA、三菱、日产;钢铁公司有新日铁，日新制钢等，计算机公司有IBM丁aPan、KOBOTA等以及铝制品公司，电器公司等)的板材成形数值模拟研究会，研究得到了这些公司大力资助。第二，研究的广度和深度都大大提高了，现今仍引起人们关注的研究课题包括各类有限单元(膜、壳、体)的性能研究，静力隐式积分(statieimpl

5、ieitintegration)的加速收敛方法，静力显式积分(staticexPlicitintegration)的步长确定方法以及动力显式积分(dynamiCexplieitintegration)在板材成形模拟中应用的理论基础，各类材料本构关系的比较，接触和摩擦的求解方法，拉伸筋的模拟，回弹的模拟，自适应有限元和网格重划分，模具表面的几何表示等等。第三，成形的模拟软件正从开发阶段逐步进入应用阶段，一个融合了计算机辅助设计(CAD)、计算机图形学(CG)和有限元分析的，能够直接指导板材成形设计和生产的计算机辅助工程(CAE)系统正在逐步建立起来：伴随着这种实用化趋势的

6、是日益商业化。进入90年代后期以来，大批关于板料成形数值模拟研究的论文在国内涌现，其中既有基于独立开发有限元软件的基础性研究成果，也有利用现有商业专业软件的应用实例，并且板料成形数值模拟技术也开始由高校和实验室走向企业。目前板材成形过程的有限元模拟已广泛地应用在汽车制造业中，并已成为整个产品生产过程中不可缺少的一道工序。其模拟内容包括:压边(BinderWrap)、拉伸(Drawing/Stretching)、切边(Trimming)、翻边(Flanging)和回弹(Springback)。尽管塑性成形理论已有100多年的历史，但在具体应用中仍有许多待完善和改进的地方，

7、有些应用部分甚至需要基于特定的物理概念诞生全新的理论。而涉及板材成形的塑性理论就是其中的一部分。3结束语本文首先简要介绍了有限元法的产生和弹塑性有限元法的发展概况，重点分析了板料成形有限元数值模拟在国内外研究发展的情况及其发展趋势，为深入了解板料成形有限元的发展提供了必要的参考。参考文献[1]李尚健.金属塑性成形过程模拟[M].北京:机械工业出版社,1999.[2]谢世坤,赵孝养,程从山,何圣方,郑慧玲.板料成形有限元分析的发展综述3[A].井冈山学院学报,2006,4:48-52.[3]胡卫龙,王仲仁.板材塑性成形理论和技术在汽车工业中