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第1章 绪论1

1.1有限元法的特点与发展过程1

1.2有限元法在塑性加工领域的应用1

1.3有限元法的基本问题2

1.4有限元法的发展趋势4

1.5 MSC.Marc有限元软件的特点6

第2章 有限元法的基本理论7

2.1有限元法概述7

2.1.1有限元法的基本思想7

2.1.2有限元法分析计算的思路和做法7

2.1.3有限元分析的基本方法8

2.1.4学习有限元法所需的理论基础11

2.2塑性有限元法分类11

2.2.1弹塑性有限元法11

2.2.2刚塑性有限元法13

2.3非线性方程组的数值解法15

第3章MSC.MARC在材料加工过程中的一些常用技术18

3.1变形的描述18

3.1.1定义18

3.1.2 Eulerian坐标和Lagrangian坐标18

3.1.3 Eulerian网格和Lagrangian网格19

3.1.4 Lagrangian网格畸变的处理方式22

3.2局部自适应网格细划分22

3.2.1自适应网格细划分准则22

3.2.2局部自适应网格细划分的数量24

3.2.3局部网格自适应实例分析25

3.3网格重划分27

3.3.1网格重划分器27

3.3.2网格重划分准则28

3.3.3网格重划分数量28

3.3.4网格重划分实例分析28

3.4预状态分析31

3.4.1预状态分析的基本功能31

3.4.2预状态分析应用实例31

3.5重启动分析36

3.5.1重启动分析的基本步骤37

3.5.2重启动分析实例37

3.6热－结构耦合分析39

3.6.1热－结构耦合分析的基本概念39

3.6.2热－结构耦合分析的基本过程41

3.7小结42

第4章 异型结构件增量弯曲成形有限元模拟43

4.1引言43

4.2增量弯曲成形原理43

4.3异型结构件有限元模型的建立44

4.3.1几何模型44

4.3.2单元网格划分45

4.3.3定义材料特性55

4.3.4定义接触条件57

4.3.5定义边界条件62

4.3.6定义载荷工况63

4.3.7定义作业参数并提交运行66

4.4单筋条结构件变形模拟结果分析70

4.4.1单筋条结构件回弹分析70

4.4.2应变分布75

4.5单筋结构件失稳模拟结果分析77

4.5.1 I形单筋结构件失稳分析77

4.5.2 T形单筋结构件失稳分析80

4.5.3J形单筋结构件失稳分析80

4.6单筋结构件翘曲模拟结果分析82

4.6.1 I形单筋结构件翘曲分析82

4.6.2 T形单筋结构件翘曲分析84

4.6.3J形单筋结构件翘曲分析86

4.7有限元模拟对工程的指导作用86

4.7.1特征直线方程的建立87

4.7.2自适应增量成形工艺知识库总体结构89

4.7.3自适应增量成形工艺知识库参数获取方法90

4.7.4应用与验证91

4.8小结91

第5章 整体壁板滚弯成形有限元模拟93

5.1引言93

5.2滚弯成形原理93

5.3滚弯成形有限元模型的建立94

5.3.1几何模型94

5.3.2单元网格划分94

5.3.3定义材料特性105

5.3.4定义接触条件107

5.3.5定义边界条件111

5.3.6定义载荷工况114

5.3.7定义作业参数并提交运行115

5.4整体壁板滚弯成形模拟结果分析116

5.4.1壁板应力分析116

5.4.2壁板应变分析126

5.4.3三辊作用力分析133

5.4.4回弹分析134

5.5小结136

第6章 镁合金型材绕弯成形有限元模拟137

6.1引言137

6.2绕弯成形原理137

6.3材料性能曲线测定139

6.3.1材料性能测定139

6.3.2材料的物理属性140

6.4绕弯成形有限元模型的建立142

6.4.1几何模型142

6.4.2单元网格划分146

6.4.3初始条件150

6.4.4边界条件151

6.4.5模具加载条件153

6.4.6材料的物理属性157

6.4.7定义工况163

6.4.8定义作业参数165

6.4.9求解167

6.5镁合金型材绕弯成形模拟结果分析167

6.5.1回弹分析167

6.5.2温度对成形的影响176

6.5.3成形质量分析179

6.5.4创建动画184

6.6 小结186

第7章 金属轧制成形的有限元模拟188

7.1材料的变形抗力188

7.1.1冷轧变形抗力模型188

7.1.2热轧变形抗力模型189

7.1.3 MARC中对变形抗力模型的处理方式190

7.2轧制力能参数的计算191

7.2.1轧制力的计算及影响因素191

7.2.2 MARC计算轧制力的方式193

7.3板厚、板形、宽展的计算194

7.3.1板厚194

7.3.2板形194

7.3.3宽展196

7.3.4 MARC计算板厚、板形的方法198

7.4轧制过程温度的计算199

7.4.1热轧过程的基本传热方程与边界条件199

7.4.2热轧过程热-结构耦合分析的边界条件199

7.4.3热轧过程热－结构耦合在MARC中的实现200

7.5轧制成形分析应用实例200

7.5.1案例说明200

7.5.2模型的简化202

7.5.3第一道次轧制仿真202

7.5.4第二道次轧制仿真216

7.5.5轧制过程的三维热－结构耦合分析224

7.6小结234

第8章 镁合金板材异步轧制数值模拟235

8.1引言235

8.2板材异步轧制基本原理235

8.3板材异步轧制有限元模型的建立236

8.3.1几何模型建立236

8.3.2单元网格划分236

8.3.3材料特性定义248

8.3.4接触条件定义251

8.3.5 初始条件定义256

8.3.6载荷工况定义256

8.3.7定义作业参数并提交运行258

8.4镁合金板材异步轧制模拟结果分析260

8.4.1板材异步轧制过程金属流动分析261

8.4.2板材异步轧制等效应变场分布262

8.4.3板材异步轧制等效应力场分布263

8.4.4板材异步轧制温度场分布264

8.5不同工艺参数对板材异步轧制过程的影响264

8.5.1不同轧辊转速比对异步轧制的影响264

8.5.2摩擦因素对板材异步轧制的影响268

8.5.3坯料温度对板材异步轧制的影响273

8.5.4轧辊温度对板材异步轧制的影响276

8.5.5压下率对板材异步轧制的影响278

8.6小结283

第9章 三辊行星轧制成形有限元模拟284

9.1引言284

9.2 辊行星轧制成形基本原理284

9.3旋轧成形有限元模型的建立285

9.3.1建立轧辊芯棒小车坯料有限元模型285

9.3.2几何参数的定义293

9.3.3材料特性的定义294

9.3.4连接控制的定义295

9.3.5接触体和接触表的定义296

9.3.6初始条件的确定305

9.3.7边界条件的定义305

9.3.8工况的定义307

9.3.9定义作业参数并提交运行309

9.4旋轧成形变形规律模拟结果分析311

9.4.1坯料三角形效应分析311

9.4.2坯料受力特征分析313

9.4.3运动轨迹分析314

9.4.4接触特征规律316

9.4.5坯料纵向运动的变形段317

9.5旋轧成形温度场模拟结果分析318

9.5.1旋轧成形过程的温度场分布318

9.5.2坯料上一点的温度变化319

9.5.3坯料横切面温度场分布320

9.5.4坯料切面圆周温度变化322

9.5.5旋轧成形应变速率特点分析323

9.6小结324

第10章 管材液压成形有限元分析实例325

10.1引言325

10.2管材液压成形原理325

10.3管材液压成形有限元模型的建立326

10.3.1几何模型326

10.3.2单元网格的划分332

10.3.3材料特性的定义336

10.3.4几何特性的定义339

10.3.5接触条件的定义341

10.3.6边界条件的定义345

10.3.7载荷工况的定义346

10.3.8定义作业参数并提交运行347

10.4管材液压成形模拟结果分析351

10.4.1壁厚分布352

10.4.2应变分布354

10.5小结357

第11章 涡轮盘闭模锻造中组织演变的有限元模拟358

11.1概述358

11.2组织演变的有限元计算358

11.2.1组织演变模型358

11.2.2用户子程序二次开发359

11.3有限元模型的建立364

11.3.1几何模型365

11.3.2材料模型377

11.3.3接触条件382

11.3.4初始条件386

11.3.5网格重划分386

11.3.6定义工况387

11.3.7定义作业参数389

11.3.8 提交作业392

11.4结果分析392

11.4.1温度场393

11.4.2等效应变场394

11.4.3流线场395

11.4.4组织场396

11.5小结398

第12章 铜盘管退火过程温度场有限元模拟399

12.1引言399

12.2铜盘管退火工艺过程399

12.2.1铜盘管退火工艺概述399

12.2.2铜盘管退火过程的传热分析400

12.2.3铜盘管退火过程传热学理论401

12.2.4铜盘管退火过程关键参数分析403

12.3铜盘管退火温度场有限元模型的建立404

12.3.1几何模型404

12.3.2单元网格划分405

12.3.3材料特性定义422

12.3.4初始条件的定义428

12.3.5边界条件的定义429

12.3.6载荷工况的定义444

12.3.7定义作业参数并提交运行445

12.4铜盘管退火温度场模拟结果分析446

12.4.1铜盘管退火温度场云图446

12.4.2铜盘管热点与冷点温度演变历史449

12.4.3铜盘管径向和轴向温度分布450

12.4.4分析与讨论453

12.5小结454

第13章 管道对接焊有限元模拟455

13.1引言455

13.2热－力耦合有限元法455

13.2.1热传导问题的控制方程455

13.2.2热传导问题的有限元描述456

13.2.3热应力问题的有限元描述457

13.3管道焊接模拟前处理458

13.3.1网格划分459

13.3.2定义几何属性467

13.3.3定义材料属性467

13.3.4设置焊接路径和填充焊料469

13.3.5添加边界条件和初始条件472

13.3.6定义工况478

13.3.7定义作业参数480

13.4后处理结果分析482

13.4.1焊接温度场分析482

13.4.2管道焊接残余应力486

13.4.3管道焊后变形分析489

13.5小结490

参考文献491