材料成型数值模拟设计实验

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复合材料成型数值模拟及其应用

复合材料成型数值模拟及其应用复合材料在现代工业中应用广泛，具有轻质、高强度、高刚度和优异的耐久性等特点。

然而，复合材料的成型过程可谓是一门艺术和技术的结合，需要大量的工程经验，试错和大量的实验验证。

随着计算机技术的不断进步，数值模拟成为一种有效的预测和分析复合材料成型过程的方法。

本文将从数值模拟的角度出发，探讨复合材料在制造过程中的应用。

一、复合材料成型的基本过程复合材料的成型过程一般分为模具设计、预浸料制备、预浸料浸渍、层叠和压缩这几个步骤。

1. 模具设计模具是决定复合材料成型特性的关键因素之一。

合理的模具设计可以提高复合材料的成型质量和生产效率。

目前，常用的模具包括手工模具、金属模具和树脂模具等。

2. 预浸料制备复合材料一般采用热固性环氧树脂作为基体材料，预浸料是将纤维预先浸润在树脂中的半成品材料。

预浸料的制备是浸渍复合材料的基础，质量的高低直接影响到成品的质量。

3. 预浸料浸渍浸渍是将预浸料浸润在纤维上的过程，纤维的含量、树脂的流动性和浸渍过程的参数都是影响浸渍质量的重要因素。

4. 层叠和压缩将浸渍好的纤维层叠起来并进行压缩，以使树脂浸润在纤维之间，形成复合材料。

二、复合材料成型数值模拟的概述数值模拟是一种通过计算机模拟实际过程的方法，可以在虚拟环境中预测实际过程的结果。

数值模拟可以显著缩短调试时间和成本，减少实验次数和避免安全事故的发生。

复合材料成型数值模拟的基础是复合材料的力学行为和传热学理论。

主要包括有限元分析、流体力学分析、热传分析和材料模拟等方法。

可采用数值模拟技术模拟复合材料的成型过程及其过程参数和材料物性对成型过程的影响。

数值模拟可以分为几个步骤：模型的建立、边界条件的确定、求解方案的选择、数值计算和结果的分析等。

模型的建立是数值模拟的基础，复合材料成型过程的模型建立对数值模拟的精度有很大的影响。

应该综合考虑成型过程的物理和化学特性，设计实用、精确、高效、可靠的数值模拟模型。

材料成型数值模拟设计实验

学生学号实验课成绩学生实验报告书实验课程名称材料成型数值模拟设计实验开课学院材料学院指导教师姓名学生姓名学生专业班级成型1001班2012-- 2013学年第二学期实验教学管理基本规范实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平与质量的重要依据。

为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高学生质量，特制定实验教学管理基本规范。

1、本规范适用于理工科类专业实验课程，文、经、管、计算机类实验课程可根据具体情况参照执行或暂不执行。

2、每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实验报告外，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。

3、实验报告应由实验预习、实验过程、结果分析三大部分组成。

每部分均在实验成绩中占一定比例。

各部分成绩的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。

各专业也可以根据具体情况，调整考核内容和评分标准。

4、学生必须在完成实验预习内容的前提下进行实验。

教师要在实验过程中抽查学生预习情况，在学生离开实验室前，检查学生实验操作和记录情况，并在实验报告第二部分教师签字栏签名，以确保实验记录的真实性。

5、教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，完整保存实验报告。

在完成所有实验项目后，教师应按学生姓名将批改好的各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告，按班级交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。

6、实验课程成绩按其类型采取百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。

附表：实验考核参考内容及标准观测点考核目标成绩组成实验预习1．预习报告2．提问3．对于设计型实验，着重考查设计方案的科学性、可行性和创新性对实验目的和基本原理的认识程度，对实验方案的设计能力20%实验过程1．是否按时参加实验2．对实验过程的熟悉程度3．对基本操作的规范程度4．对突发事件的应急处理能力5．实验原始记录的完整程度6．同学之间的团结协作精神着重考查学生的实验态度、基本操作技能；严谨的治学态度、团结协作精神30%结果分析1．所分析结果是否用原始记录数据2．计算结果是否正确3．实验结果分析是否合理4．对于综合实验，各项内容之间是否有分析、比较与判断等考查学生对实验数据处理和现象分析的能力；对专业知识的综合应用能力；事实求实的精神50%实验课程名称材料成型数值模拟实验项目名称利用DEFORM模拟镦粗锻造成型实验成绩实验者专业班级成型1001班组别同组者实验日期2013年4月8日第一部分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与技术路线等）一、实验目的1）了解认识DEFORM软件的窗口界面。

球囊成型工艺与过程数值模拟研究

球囊成型工艺与过程数值模拟研究引言：球囊成型是一种常用的制造工艺，广泛应用于医疗、工业和航天等领域。

为了提高球囊成型的效率和质量，研究人员开始运用数值模拟方法来优化该工艺。

本文将探讨球囊成型工艺与过程数值模拟的研究。

一、球囊成型工艺概述球囊成型是一种利用气体或液体充入弹性材料球囊，使其膨胀并达到所需形状的工艺。

球囊成型广泛应用于血管介入手术、气囊注塑等领域。

传统的球囊成型工艺通常依赖于试验和经验，而数值模拟方法可以提供更准确的预测和优化。

二、球囊成型的数值模拟方法1.材料模型：数值模拟中，需要选择适合球囊材料的本构模型。

常用的材料模型包括线性弹性模型、非线性弹性模型和超弹性模型等。

根据球囊材料的特性和实际需求，选择合适的材料模型进行模拟分析。

2.边界条件：数值模拟中，需要确定球囊成型的边界条件。

边界条件包括球囊的初始形状、充气速度、充气压力等。

通过合理设定边界条件，可以模拟出球囊在不同工艺参数下的成型过程。

3.数值模拟方法：数值模拟中常用的方法包括有限元分析、CFD方法等。

有限元分析可以模拟球囊材料的变形和应力分布，CFD方法可以模拟气体或液体的流动。

结合这些方法，可以全面分析球囊成型的过程。

三、球囊成型工艺的优化通过数值模拟方法，可以对球囊成型工艺进行优化。

优化的目标包括提高成型效率、减少材料损耗和改善成品质量等。

通过模拟分析不同工艺参数的影响，可以找到最优的工艺参数组合，从而提高球囊成型的效率和质量。

四、数值模拟与实验验证数值模拟结果需要与实验数据进行验证，以确保模拟结果的准确性。

通过对比实验结果和模拟结果的差异，可以调整模型和参数，提高模拟的准确性。

数值模拟和实验验证相互结合，可以更好地理解球囊成型的工艺和机理。

结论：通过数值模拟方法，可以对球囊成型工艺与过程进行研究和优化。

数值模拟可以提供更准确的预测和分析，帮助改进球囊成型工艺，提高成型效率和质量。

然而，数值模拟结果需要与实验数据进行验证，以确保模拟结果的准确性。

《材料成型过程的数值模拟》课程教学大纲

《材料成型过程的数值模拟》课程教学大纲课程编号：081096211课程名称：材料成型过程数值模拟英文名称：Computer Simulation of Materials Processing课程类型：专业课课程要求：必修学时/学分：32/2（讲课学时：16，实验学时：0，上机学时：16适用专业：材料成型及控制工程专业一、课程性质与任务本双语课程作为材料成型及控制工程专业专业必修课，目的是向材料成型及控制工程专业的高年级本科生介绍现代计算机模拟和仿真技术在材料成型中应用的专业课程。

通过本课程的学习，使学生初步掌握模拟与仿真的概念，培养高级的材料成型研究专门人才。

本课程教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本方法；在培养学生的实践能力方面，着重计算机软件应用基本能力的训练，培养学生在工程问题分析与设计构思方面的能力，掌握一定的计算机模拟手段预测材料在成型过程中的变化，并能指导实际工程的工业生产项目，以适应当代工业工程发展的需要。

本课程采用双语教学，提升学生相关专业知识和国际视野和外语学习能力，培养与国际工程技术人员之间的沟通能力。

二、课程与其他课程的联系先修课：金属材料及热处理，材料力学性能，金属液态成型原理，金属塑性成形原理，材料冶金传输原理，模具设计及运用，材料成型工艺本课程为材料成型及控制工程专业大四学生开设，本课程开设目的是在学生学习材料成型相关理论、工程知识后能够运用计算机辅助设计软件对材料成型及控制问题进行设计，能够运用计算机辅助工程软件对材料成型过程问题进行分析与预测，得到有效结论，因此学生对于前期课程的学习、理解是本课程开设基础。

三、课程教学目标1．了解材料成型过程计算机模拟与仿真的概念、方法、特点及用途，具有分析、选用相关现代模拟手段进行工程问题模拟仿真能力；（支撑毕业能力要求5.1）2.了解材料成型过程数值模拟领域的发展历程和现状，熟悉计算机模拟的基本理论；能够根据，了解主流的计算机模拟软件及其应用范围；（支撑毕业能力要求2.3，5.2）3. 能够根据具体工程问题选用软件对工程问题的关键环节和参数进行模拟仿真，并根据模拟结果分析、解决问题或优化工艺参数；（支撑毕业能力要求5.3，3.2）4．熟练掌握一种以上计算机模拟软件的基本操作过程，培养学生应用计算机模拟手段的工程应用的能力；强化外语应用能力，能够熟练应用英语表达材料成型工程领域专业技术问题，熟悉国际材料成型计算机模拟与仿真发展趋势，具有一定的国际视野和交流能力。

武汉理工大学材料成型CAE综合实验实验报告

实验课程名称：材料成型CAE综合实验实验项目名称自主设计焊接接头冷却过程的温度场和应力场实验成绩实验者专业班级组别同组者实验日期年月日第一部分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与技术路线等）（一）实验目的对焊接接头应力及温度场分析是材料成型CAE中较为复杂的问题，它涉及到热与结构耦合等问题。

在焊接过程中，焊接接头的温度场会直接影响到焊接接头最终的组织和性能，是焊接过过程数值模拟的主要任务；焊接接头的应力场则对焊接结构产品的使用性能至关重要。

通过对焊接接头温度场和应力场的有限元模拟，学习用ANSYS对实际工程问题进行数值分析的过程。

（二）基本原理和方法1）基本原理：有限元法是一种离散化的数值计算方法。

离散后的单元和单元之间只通过节点相联系，所有场变量（位移、应力、温度等）都通过节点进行计算。

对于每个单元，选取适当的插值函数，使得在子域内部、子域分界面上以及子域与外界分界面上都满足一定的条件。

然后把所有单元的方程都组装起来，就得到整个结构的方程组。

求解方程组，就可以得到方程的近似解。

用ANSYS软件进行有限元分析，整个过程（以结构分析为例）可分为：前处理：建立几何模型；对几何模型进行离散化处理等。

加载求解：根据作用力等效原则将每个单元所受的载荷移置到该单元的节点上；根据边界条件修改刚度方程，消除刚体位移；求解整体刚度方程，得到节点位移；根据相应方程求解应力和应变等。

后处理：利用计算机图形方式，将计算结果以变形网格、等值线、彩色云图、动画等方式进行显示与分析等。

2）方法：方法：命令流的执行通常从输入框中读入：将“Filename.txt”中的命令采用复制的方式，粘贴到输入框中，按“Enter”键即可执行。

一次可复制一条、多条直至整个命令流文件。

（三）实验内容某一圆环由环形钢板和铁板焊接而成，焊接材料为铜，如图为其纵截面的1/2。

圆盘初始温度为800℃，将圆环放置于空气中进行冷却，周围空气为30℃，对流系数为120W/(m2℃)。

材料成型的数值模拟

塑性加工工艺模拟分析方法
• 解析法
工程法（Slab法，主应力法）滑移线法（Slip line）上限法（Upper bound）（下限法）、上限单元法（UBET) 有限单元法（FEM,Finite Element Method）
• 实验/解析法
相似理论法视塑性法 • 数值法有限元法有限差分法边界元法
3.教学软件：
Deform Dynaform Marc
4.教学内容：
基本内容包括：有限元与有限差分法基础、应用数值方法模拟材料成形的一般步骤，金属冲压成形中的数值模拟，金属锻压成形中的数值模拟，金属焊接成形中的数值模拟等。课程重点：金属冲压、锻压、焊接成型过程的数值模拟。课程难点：非线性有限单元法、刚（黏）塑性有限元法、数值解的解的收敛性与误差控制、热力耦合分析。
协同工作
模拟结果与设备控制的关联
第一讲材料成形数值模拟概述
1. 引言 2. 工程意义及应用现状 3. 发展趋势
4. 课程要求、进度安排
1.教材：
傅建主编. 材料成形过程数值模拟.化学工业出版社，2009
2.参考书目：
① 刘劲松;张士宏;肖寒;李毅波. MSC.MARC在材料加工工程中的应用.中国水利水电出版社,2010
材料成型数值模拟
第一讲材料成形数值模拟概述
1. 引言 2. 工程意义及应用现状 3. 发展趋势
4. 课程要求、进度安排
第一讲材料成形数值模拟概述
1. 引言 2. 工程意义及应用现状 3. 发展趋势
4. 课程要求、进度安排
塑性加工研究的两类方法 • 金属塑性成形
优点： • 生产效率高 • 产品质量稳定 • 原材料消耗少 • 有效改善金属的组织和力学性能 75％的钢材缺点： • 以经验和知识为依据、以“试错”为基本方法 70％的汽车零部件

deform分析报告.

课程名称材料成型数值模拟仿真实验名称利用DEFORM3D模拟镦粗锻造成型成绩实验者专业班级组别同组者实验日期年月日第一部分：实验预习报告（包括实验目的、意义，实验基本原理与方法，主要仪器设备及耗材，实验方案与技术路线等）一、实验目的1）了解认识DEFORM-3D软件的窗口界面。

2）了解DEFORM-3D界面中功能键的作用。

3）掌握利用DEFORM-3D有限元建模的基本步骤。

4）学会对DEFORM-3D模拟的数据进行分析。

二、实验原理DEFORM-3D是在一个集成环境内综合建模、成形、热传导和成形设备特性进行模拟仿真分析。

适用于热、冷、温成形，提供极有价值的工艺分析数据。

如：材料流动、模具填充、锻造负荷、模具应力、晶粒流动、金属微结构和缺陷产生发展情况等。

DEFORM- 3D功能与2D 类似，但它处理的对象为复杂的三维零件、模具等。

不需要人工乾预，全自动网格再剖分。

前处理中自动生成边界条件，确保数据准备快速可靠。

DEFORM- 3D模型来自CAD系统的面或实体造型（STL/SLA）格式。

DEFORM -3D 是一套基于工艺模拟系统的有限元系统(FEM)，专门设计用于分析各种金属成形过程中的三维(3D) 流动，提供极有价值的工艺分析数据，有关成形过程中的材料和温度流动。

典型的DEFORM-3D 应用包括锻造、挤压、镦头、轧制,自由锻、弯曲和其他成形加工手段。

三、实验步骤1．DEFORM前处理过程（Pre Processer）进入DEFORM前处理窗口。

了解DEFORM前处理中的常用图标设置模拟控制增加新对象网格生成材料的选择确立边界条件温度设定凸模运动参数的设置模拟控制设定设定对象间的位置关系对象间关系“Inter-Object”的设定生成数据库退出前处理窗口2．DEFORM求解（Simulator Processer）3．DEFORM后处理（Post Processer）了解DEFORM后处理中的常用图标。

DEFORM实验报告

铜陵学院课程实验报告实验名称圆柱体压缩过程模拟实验课程材料成型计算机模拟指导教师张金标. 专业班级10 材控（2）姓名孟来福学号 1 0 1 0 1 2 1 0 5 82013年05月14日实验一圆柱体压缩过程模拟1 实验目的与内容1.1 实验目的进一步熟悉AUTOCAD 或PRO/E 实体三维造型方法与技艺，掌握DEFORM 软件的前处理、后处理的操作方法与热能，学会运用DEFORM 软件分析压缩变形的变形力学问题。

1.2 实验内容运用DEFORM 模拟如图1所示的圆柱坯压缩过程。

（一）压缩条件与参数锤头与砧板：尺寸200×200×20mm ，材质DIN-D5-1U,COLD ，温度室温。

工件：材质DIN_CuZn40Pb2，尺寸如表1所示，温度室温。

（二）实验要求砧板工件锤头图1 圆柱体压缩过程模拟（1）运用AUTOCAD或PRO/e绘制各模具部件及棒料的三维造型，以stl格式输出；（2）设计模拟控制参数；（3）DEFORM前处理与运算（参考指导书）；（4）DEFORM后处理，观察圆柱体压缩变形过程，载荷曲线图，通过轴对称剖分观察圆柱体内部应力、应变及损伤值分布状态；（5）比较方案1与2、3与4、1与3和2与4的模拟结果，找出圆柱体变形后的形状差别，说明原因；（6）提交分析报告（纸质和电子版）、模拟数据文件、日志文件。

2 实验过程2.1工模具及工件的三维造型根据给定的几何尺寸，运用AUTOCAD或PRO/E分别绘制坯料、锤头和砧板的几何实体，文件名称分别为workpiece，topdie，bottomdie，输出STL格式。

2.2 压缩过程模拟2.2.1 前处理建立新问题：程序→DEFORM5.03→File→New Problem→Next→在Problem Name栏中填写“Forging”→ Finish→进入前前处理界面；单位制度选择：点击Simulation Conrol按钮→Main按钮→在Units栏中选中SI （国际标准单位制度）。

材料成型计算机模拟

*表面网格单元数：2000个，模拟步长：0．01s／步。
3．2模拟结果及分析
本文在上述刚塑性理论的基础上利用DEFORM一3D软件对硅钢片轧制变形过程进行了数值模拟分析。在该软件的前置处理器中输入以上所设几何信息及成形条件，进行模拟，然后利用后置处理器模拟结果可视化。通过比较模拟硅钢片在轧制过程的可视图发现，在不同步骤时，应力应变及扭矩在轧件中的分布具有相同的规律，因此以随机选择计算到75步时的模拟结果
2模拟过程中的基本假设和基本方程
2．1刚塑性基本假设
对于一些复杂的工艺过程进行模拟时，由于模拟过程的计算量会很大，因此，可根据实际需要对模拟过程做适当的简化。我们在用刚塑性有限元法分析硅钢片的轧制变形问题时，给出以下基本假设以求必要的简化：
(1)弹性应变比塑性应变小得多，因此忽略材料的弹性变将10 X 20 X 5(mm )大小规格的硅钢片在实验轧机上进行轧制，其整个过程所需时间不足ls，这与模拟结果一致(见图5，t=0．7296s)。不过，这一过程中，硅钢片所受扭矩却发生了复杂的变化，其扭矩行程分布的模拟结果见图5。
根据图5中的变化曲线，可以清楚地了解整个轧制过程硅钢片的受力变化。从图中可以看出，轧件在最初的入口处所受扭矩非常小，可以近似认为是0；但是，随着时间的变化，扭矩值会逐渐增大并达到一最大值，从图中大致可估算该峰值近似为8．640 X 10'N·Innx，然后又慢慢减小至0，也即整个轧制过程结束。
图3、4是应变分布图的模拟结果。其中，图3是硅钢片纵截面上的表面层至中心层二维等效应变分布，与图1中应力分布规律相同，从表面至中心层，应变也是逐渐变大(￡⋯=0．5284mininlln，￡=0．2604 minitoni)。图4是三维等效应变场分布及网格划分图，与图2不同的是，从入口端至另一端，硅钢片在轧制时所受应变逐渐变大(￡一= 0．7148 mininlln，￡=0)。

新型材料加工中的数值模拟与优化研究

新型材料加工中的数值模拟与优化研究随着科技的发展，新型材料的应用越来越广泛。

然而，这些材料往往具有特殊的物理和化学特性，因此在加工过程中会面临许多挑战。

数值模拟和优化技术可以帮助工程师更好地了解和解决这些问题。

一、新型材料的加工过程新型材料包括复合材料、高温合金、超硬材料、高强度钢等等，它们的特殊物理和化学特性使得在加工过程中会遇见一些难题。

例如，在钛合金的切削加工中，高温和高速度加工造成了刀具磨损严重的问题；在复合材料的制造中，由于其具有异质性、各向异性、非线性和非均匀的性质，导致复合材料的加工过程中需要应对许多不确定性问题。

二、数值模拟在新型材料加工中的应用数值模拟技术可以帮助工程师更好地了解新型材料加工中的复杂物理过程，以及选择合适的工艺参数和工具以达到最优成形效果。

下面是数值模拟技术在新型材料加工中的应用案例。

1. 钛合金的数值模拟通过数值模拟，可以了解钛合金在高速切削时的热变形和应力分布情况。

研究表明，采用先进的涂层技术可以显著降低刀具磨损，从而延长刀具的使用寿命。

2. 复合材料的数值模拟采用数值模拟，可以模拟复合材料的成形过程和应力分布情况。

研究表明，采用温度和压力适当的热压机模具可以最大限度地减少纤维破损和排列不精的问题，从而提高复合材料的力学性能。

3. 高强度钢的数值模拟通过数值模拟技术，可以模拟高强度钢的成形过程和应力分布情况。

研究表明，减少切削速度、采用合适的冷却液和刀具可以降低钢材的热影响和变形，从而获得更好的形状和尺寸精度。

三、数值模拟与实验的结合虽然数值模拟可以模拟加工过程中的各种物理现象，但它不能代替实际实验。

只有结合实验和模拟可以更好地理解加工过程和物理现象，并最终确定最优的加工工艺。

例如，在模拟复合材料成形过程中，可以通过实验对成型工具采用的材料、温度、压力等参数进行验证。

实验数据可以用于进一步优化数值模拟中的成型工艺，以达到更好的成型效果。

四、数值优化在新型材料加工中的应用数值优化技术可以帮助工程师选择最佳参数以达到最优的加工效果。

成型CAE实验报告完整版

成型CAE实验报告完整版一、实验目的本次成型 CAE 实验的主要目的是通过模拟分析来研究材料在成型过程中的行为和性能，以便优化成型工艺参数，提高产品质量，降低生产成本，并缩短产品开发周期。

二、实验原理成型 CAE（Computer Aided Engineering，计算机辅助工程）是利用计算机软件对成型过程进行数值模拟和分析的技术。

其基本原理是基于材料力学、流体力学、传热学等相关理论，通过建立数学模型和有限元分析方法，对成型过程中的应力、应变、温度、流速等物理量进行计算和预测。

在成型 CAE 中，通常需要输入材料的性能参数（如弹性模量、屈服强度、热导率等）、成型工艺参数（如模具温度、注射速度、保压时间等）以及模具结构等信息。

软件会根据这些输入条件，自动生成网格模型，并进行求解计算，最终输出成型过程中的各种结果数据和图形。

三、实验设备与材料（一）实验设备1、计算机：配置较高的工作站或服务器，用于运行成型 CAE 软件。

2、成型 CAE 软件：选用了市场上较为成熟和广泛应用的_____软件，版本为_____。

（二）实验材料1、选用了_____材料，其主要性能参数如下：密度：＿____弹性模量：＿____屈服强度：＿____热导率：＿____四、实验步骤1、建立几何模型使用三维建模软件（如_____）创建成型产品的几何模型，并将其导入到成型 CAE 软件中。

2、划分网格在成型 CAE 软件中，对几何模型进行网格划分。

选择合适的网格类型（如四面体网格、六面体网格等）和网格尺寸，以保证计算精度和效率。

3、定义材料属性根据实验材料的性能参数，在成型 CAE 软件中定义材料的力学、热学等属性。

4、设置成型工艺参数根据实际的成型工艺条件，设置模具温度、注射速度、保压时间、冷却时间等工艺参数。

5、边界条件和加载确定模型的边界条件，如模具的固定约束、流体的入口和出口等，并施加相应的载荷。

6、求解计算运行成型 CAE 软件进行求解计算，等待计算完成。

材料成形过程模拟仿真

MSC.Mvision

MSC.Mvision 是一个全面商品化的材料数据信息系统，包括大量应用于航空航天和汽车行业的材料数据，可以为用户提供最丰富、最广泛的材料数据信息，如材料的构成图象(含金相)，材料的成分含量，材料的各种特性数据，材料数据的测试环境信息，生产厂家及材料出厂牌号数据等，并可将材料特性作为设计变量用于设计、分析阶段的整个过程。Mvision的材料构造器和评估器可帮助用户建立和评估自己的材料数据信息系统。

将具有无限个自由度的连续体看成只具有有限个自由度的单元集合体。单元之间只在指定节点处相互铰接，并在节点处引入等效相互作用以代替单元之间的实际相互作用。对每个单元选择一个函数来近似描述其物理量，并依据一定的原理建立各物理量之间的关系。最后将各个单元建立起来的关系式加以集成，就可得到一个与有限个离散点相关的总体方程，由此求得各个离散点上的未知量，得到整个问题的解。
Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10
塑性成型过程数值模拟的必要性

现代制造业的高速发展，对塑性成形工艺分析和模具设计方面提出了更高的要求。若工艺分析不完善、模具设计不合理或材料选择不当，则会在成型过程中产生缺陷，造成大量的次品和废品，增加了模具的设计制造时间和费用。传统工艺分析和模具设计，主要依靠工程类比和设计经验，反复试验修改，调整工艺参数以消除成形过程中的失稳起皱、充填不满、局部破裂等产品缺陷，生产成本高，效率低。随着计算机技术及材料加工过程数值分析技术的快速发展，可以在计算机上模拟材料成型的整个过程，分析各工艺参数对成型的影响，优化设计。
Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10

铝型材挤压成型数值模拟及优化设计

一一
（模具三维模型ａ）（ｌｂ／）４网格模型
图１模具三维模型及１４网格模型／
关键工艺参数：坯料预热温度、模具预热温度和挤压速度进行正交试验，得出了在符合模具强度条件下的最佳工艺参数组合，以求借助先进的模具设计制造技术，帮助企业快速可靠地开发优化铝型材挤压模具与工艺规划。
表２试验方案结果表
Ｌ３一ｌ＿ｊ
（修改后的工作带长度ａ））出口速度分布图型材
图３修改后工作带设计与型材出口速度分布图３２
《装备制造技术）０年第ｌ期２１１２
３２虚拟试验结果分析．
在满足模具挤压强度条件下，焊合室内焊合面５结束语
４实验验证
生产试模，有效地提高了生产效率，降低了生产成本，对生产实践有着重要的指导意义。
在原始工作带和工艺参数的情下，进行第一参考文献：次试模挤压，结果挤出型材出现弯曲、扭拧、波浪、麻点等缺陷，有些位置挤出后略向上翘，且上部有缩口。通过对比分析结果，发现上翘部位都在虚拟模拟
（）ａ原工作带长度
一
（）出口速度分布图像ｂ型材
提高成品率和生产率的要求。针对该铝合金方管型材对焊合品质要求较高的情况，为了获得其挤压的
最佳温度和速度参数，本文采用正交试验的方法［４】，通过考察各组参数组合下，分流组合模焊合室内的压力大小，来获得最佳挤压工艺参数。选取的３个因素为：坯料温度、模具温度和挤压速度。
ＥｑｉｍｅｔｕｐｎＭａｕａｔｎｅｈｏｏｙＮｏ１，０１ｎｆｃｒｇＴｃｎｌｇ．２２１ｉ

金属材料成型工艺中的数值模拟方法与分析

金属材料成型工艺中的数值模拟方法与分析金属材料的成型工艺在制造业中具有重要的地位，它能够将金属材料通过塑性变形、热压等方式加工成所需的形状和尺寸。

然而，传统的试验方法对于成型工艺的研究和优化存在时间长、成本高、试错率高等问题，因此，数值模拟方法成为了预测和分析金属材料成型工艺的重要手段。

数值模拟方法在金属材料成型工艺中的应用主要包括有限元方法、计算流体力学方法和细观模拟方法等。

其中，有限元方法是最常用的一种数值模拟方法。

有限元方法通过将材料划分成很多个小单元，通过求解场方程和边界条件，可以获得材料的应力、应变、温度等信息。

有限元方法适用于各种类型的金属材料成型工艺，例如拉伸、压缩、弯曲、挤压等。

通过有限元模拟，可以预测金属材料在不同载荷下的变形情况、应力分布和应力集中等。

计算流体力学方法在金属材料成型工艺中的应用相对较少，主要用于模拟金属的液态成型过程，例如压铸、浇铸等。

计算流体力学方法通过求解连续介质的流体动力学方程，可以获得金属液态成型过程中的流动状态、温度分布和应力情况。

这对于优化金属液态成型工艺的参数和工艺条件具有重要的指导意义。

细观模拟方法是一种基于金属材料微观结构的数值模拟方法。

通过对金属材料微观结构的建模和仿真，可以预测金属材料在成型过程中的细观组织演化、相变行为和力学性能等。

细观模拟方法在金属材料成型工艺中的应用越来越广泛，可以用于研究金属材料的晶粒长大、析出相的形成和变化、位错运动等过程，以及金属材料在成型过程中的塑性行为和损伤行为等。

数值模拟方法在金属材料成型工艺中的应用有以下几个优点。

首先，数值模拟方法可以提供一种经济高效的预测和分析手段。

通过数值模拟，可以在工艺实施前对成型工艺进行优化，减少试错次数和成本。

其次，数值模拟方法可以提供一种可重复性强的研究手段。

通过改变模拟条件和参数，可以对成型工艺进行多种不同的预测和分析，帮助研究人员深入了解金属材料的成型机理和行为。

最后，数值模拟方法可以提供一种非常准确的预测和分析结果。

焊接材料成型加工过程数值模拟与仿真分析方法研究

焊接材料成型加工过程数值模拟与仿真分析方法研究焊接材料成型加工过程数值模拟与仿真分析方法研究1.引言焊接是一种常用的金属连接方法，在工业生产中应用广泛。

焊接材料的成型加工过程决定了焊接接头的质量和性能。

为了提高焊接接头的质量和效率，需要进行数值模拟和仿真分析，以预测焊接过程中的温度场、应力场、相变和变形等物理现象，并优化焊接参数和工艺。

本文将重点介绍焊接材料成型加工过程数值模拟与仿真分析的研究方法及其应用。

2.数值模拟方法2.1 有限元方法有限元方法是一种常用的数值模拟方法，它将连续的物理领域离散化为有限数量的小单元，通过求解这些小单元上的方程组，得到整个物理领域的解。

在焊接材料成型加工过程中，可以将焊接区域划分为多个小单元，根据材料的热传导、应力-应变关系和相变规律，建立有限元模型，并求解温度场、应力场和相变变化等。

有限元方法可以对焊接过程中的多个物理现象进行耦合分析，提供详细的信息，对焊接过程进行准确的数值模拟。

2.2 计算流体力学方法计算流体力学方法是一种求解流体动力学方程的数值方法，可以用于模拟焊接过程中的流动和换热现象。

在焊接过程中，熔化金属的流动对焊接接头的形成和质量有重要影响。

计算流体力学方法可以建立焊接过程中的流动模型，模拟熔融金属的流动和焊接池的形成过程，从而预测焊接接头的形态和性能。

计算流体力学方法在焊接过程中的应用主要包括熔化金属的流动和焊接池的形成、焊接接头的形态和质量预测等方面。

2.3 相场模型相场模型是一种描述各相界面和相变过程的数学模型，适用于焊接材料成型过程中的相变和相界面追踪。

相场模型通过引入一个连续的相场函数，描述了相变系统中每种物质的存在程度，并与守恒方程和变分原理相结合，建立了相变系统的方程组。

在焊接材料成型加工过程中，相场模型可以用于预测焊接材料的熔化、凝固和晶体生长等相变过程，研究焊接接头的形态和组织演变。

3.仿真分析方法3.1 温度场分析温度场是焊接过程中的重要参数，直接影响焊接接头的组织和性能。

数值模拟在材料加工中的应用研究

数值模拟在材料加工中的应用研究一、引言随着科技的飞速发展，数值模拟成为材料加工领域中不可或缺的一部分，成为实现产品质量提升、生产工艺优化、成本控制等目标的重要手段。

本文将从数值模拟的基本概念、材料加工中数值模拟的应用、以及数值模拟在材料加工中的未来发展等方面对数值模拟在材料加工中的应用进行探讨。

二、数值模拟的基本概念数值模拟是以计算机为基础，利用数学方法和计算机技术对现实世界中复杂的物理现象进行模拟，以求得定量的近似解或最优解的方法。

数值模拟在早期应用于设计计算机芯片、航空飞行模拟、电力系统仿真等领域，而在近年来的材料加工领域得到了广泛应用。

三、材料加工中数值模拟的应用1.成型工艺模拟成型工艺是材料加工的关键环节，对于确保产品的质量、损耗率和生产时间等方面具有重要影响。

数值模拟可以通过有限元法、CFD等手段对成型工艺进行模拟，预测整个成型过程中的温度分布、应力分布等参数，为优化成型过程提供依据。

2.热处理过程模拟热处理是材料加工中的一个重要流程，能够改变材料的组织结构和性能。

数值模拟可以通过计算材料的本构模型和热力学模型，模拟热处理过程中的温度场、应力场等参数，可以量化分析材料的变形情况和热处理效果，并为制定合理的热处理方案提供数据支持。

3.激光加工、电火花加工等非传统加工工艺模拟传统的加工技术在一些材料上存在很大的局限性，而非传统加工技术（激光加工、电子束加工、电火花加工等）由于其高效、精密等特点，被广泛应用于各个领域。

数值模拟可以对非传统加工工艺中的温度分布、熔池形态、应力变化等进行分析、预测，为选择合适的加工参数和优化加工方案提供数据支持。

四、数值模拟在材料加工中的未来发展数值模拟在材料加工中的应用正面临着越来越多的挑战，如如何将数值模拟模型与实际生产过程进行深度融合，从而更好地现实虚拟并行；如何进一步提高数值模拟的分辨率，更精确地预测变形、熔池形态、纹路跳动等问题；如何将数值模拟与机器学习相结合，实现更高效、更智能的生产过程等。

铸造过程数值模拟综合实验说明书

铸造过程数值模拟综合实验前言一、铸造过程数值模拟的来源、内容和意义为了生产出合格的铸件，就要对影响其形成的因素进行有效的控制。

铸件的形成主要经历了充型和凝固两个阶段，宏观上主要涉及到液态金属充型流动、金属凝固和冷却收缩、高温金属冷却和收缩3种物理现象。

在充型过程中，流场、温度场和浓度场同时变化，凝固时伴随着温度场的变化的同时存在着枝晶间对流和收缩现象；收缩则导致应力场的变化。

与流动相关的主要缺陷有：浇不足、冷隔、气孔、夹渣；充型中形成的温度场分布直接关系到后续的凝固冷却过程；充型中形成的浓度场分布与后续的冷却凝固形成的偏析和组织不均匀有关。

凝固过程的温度场变化及收缩是导致缩孔缩松的主要原因，枝晶间对流和枝晶收缩是微观缩松的直接原因，热裂冷裂的形成归因于应力场的变化。

可见，客观地反映不同阶段的场的变化，并加以有效的控制，是获得合格铸件的充要条件。

传统的铸件生产因其不同于冷加工的特殊性，只能对铸件的形成过程进行粗糙的基于经验和一般理论基础上的控制，形成的控制系统——铸造工艺的局限性表现在：1）只是定性分析；2）要反复试制才能确定工艺。

铸造过程数值模拟的目的就是要对铸件形成过程各个阶段的场的变化进行数值解析以获得合理的铸件形成的控制参数，其内容主要包括温度场、流场、浓度场、应力场等的计算模拟。

二、铸造过程数值模拟原理铸造过程数值模拟技术的实质是对铸件成型系统（包括铸件—型芯—铸型等）进行几何上的有限离散，在物理模型的支持下，通过数值计算来分析铸造过程有关物理场的变化特点，并结合铸造缺陷的形成判据来预测铸件质量。

数值解法的一般步骤是：1）汇集给定问题的单值性条件，即研究对象的几何条件、物理条件、初始条件和边界条件等。

2）将物理过程所涉及的区域在空间上和时间上进行离散化处理。

3）建立内部节点（或单元）和边界节点（或单元）的数值方程。

4）选用适当的计算方法求解线性代数方程组。

5）编程计算。

其中，核心部分是数值方程的建立。

deform分析报告

第二部分：实验过程记录（可加页）（包括实验原始数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等）一、前处理1.进入DEFORM前处理窗口在安装有WINdows操作系统和deform-3D软件的系统中，单击启动软件。

选择file|new，增加一个新问题，出现问题设置窗口。

保持系统设置不变，单击next按钮，打开deform-2D前处理器，进入前处理环境。

如图1.1所示：图1.12.设置模拟控单击图标，打开“simulation control”窗口。

在该窗口中改变模拟标题为newtrial，选择系统单位为“SI”，其他默认为系统设置，单击OK按钮退出窗口。

3.增加新对象通过单击对象树下等插入对象按钮，添加新对象workpiece，单击按钮，为新增对象建立几何模型。

为新增对象建立几何模型。

单击按钮出现Geometry Forming对话框，在其中输入直径，高度和旋转角度的参数。

如图3.1、3.2所示:图3.1图3.24.网格生成为了将workpiece生产网格，单击mesh按钮。

在Tool标签下对网格数量进行选择，设置为10000，如图4.1.所示。

在detailed settings中将Size Ratio设置为1.单击Generate Mesh按钮，生成网格如图4.2所示：图4.1 图4.25.材料的选择单击“workpiece使其高亮显示，单击材料按钮，右边显示材料选择窗口，单击steel，选择材料AISI-1025[1800-2200F(1000-1200C)]。

单击Assign Material按钮，将所选材料导入到Workpiece 中，如图5所示：图56．模拟控制设定单击图标，打开模拟控制窗口，再单击step按钮进入步控制，依次对各项进行设置，将每一步下压距离定为0.6mm单击ok退出，上模下压速度为5mm/s如图6所示：图67.确立边界条件单击按钮进入边界条件选择窗口，用鼠标单击选定毛坯中心对称面，单击，边界选择完后继续进行体积补偿设定。

材料成形过程模拟仿真

MSC.Marc/Mentat
Mentat是非线性有限元分析的前后处理图形交互界面，具有一流实体造型功能，全自动网格划分和建模能力，可以直观灵活地定义多种材料模型和边界条件，控制分析过程、递交分析、自动检查模型的完整性，实时监控分析，可视化处理计算结果，并可直接访问常用的CAD/CAE系统。
开放的工程分析框架结构图形用户界面方便易用 CAD模型直接访问和几何建模智能化模型处理：可把几何模型上的载荷、边界条件、材料及单元特性转化为有限元信息。自动有限元建模完全的分析集成：将多种分析软件技术集成到Patran一个公共环境中，共用一个模型。数据库不同平台相互兼容用户化技术：在Patran的框架系统中直接嵌入自行开发的应用程序和功能结果可视化处理开放的软件开发环境:全功能的编程语言——PCL
计算材料的成形极限，即保证材料在塑性变形过程中不产生任何表面及内部缺陷的最大变形量可能性。
在未变形体（毛坯）与变形体（产品）之间建立运动学关系，预测塑性成形过程中材料的流动规律，包括应力场、应变场的变化、温度场变化及热传导等。
塑性成型过程数值模拟的必要性
现代制造业的高速发展，对塑性成形工艺分析和模具设计方面提出了更高的要求。
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随着计算机技术及材料加工过程数值分析技术的快速发展，可以在计算机上模拟材料成型的整个过程，分析各工艺参数对成型的影响，优化设计。
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塑性成形的数值模拟方法
上限法（Upper Bound Method）用于分析较为简单的准稳态变形问题；边界元法(Boundary Element Method) 用于模具设计分析和温度计算；有限元法（Finite Element Method）用于大变形的体积成形和板料成形，变形过程常呈现非稳态，材料的几何形状、边界、材料的性质等都会发生很大的变化。