材料成型计算机模拟(纯手工打造)
7材料成型过程的计算机模拟——MOLDFLOW
7材料成型过程的计算机模拟——MOLDFLOW MOLDFLOW是一种用于模拟材料成型过程的计算机软件。
它能够帮助工程师分析和优化塑料和金属等材料的成型过程,以确保最终产品的质量和性能达到预期。
MOLDFLOW的计算机模拟功能是通过三维CAD模型和材料特性数据来实现的。
首先,用户需要将产品的CAD模型导入MOLDFLOW软件中。
然后,用户可以定义材料的特性,例如熔融温度、熔融流动性等。
接下来,用户需要定义模具的几何形状和材料。
一旦输入了这些参数,MOLDFLOW就可以进行模拟分析。
它使用有限元分析方法来模拟材料在模具中的流动、冷却和固化过程。
通过这些模拟,MOLDFLOW可以预测产品在成型过程中可能出现的问题,例如气泡、缩水、翘曲等。
MOLDFLOW还提供了一些工具和功能来帮助工程师优化产品的成型过程。
例如,它可以帮助用户选择合适的注射成型机和模具设计,以实现最佳的成型效果。
此外,MOLDFLOW还可以帮助用户优化成型参数,例如注射速度、温度和压力等。
MOLDFLOW的计算机模拟功能对于塑料和金属等材料的成型过程具有广泛的应用。
它可以帮助工程师在产品开发的早期阶段就进行成型模拟,以预测产品的成型性能和质量。
这有助于减少成型过程中的试验和错误,并节省时间和成本。
此外,MOLDFLOW还可以帮助工程师优化产品的设计。
通过模拟不同的成型参数和模具设计,工程师可以找到最佳的解决方案,以提高产品的质量和性能。
这对于提高产品的可靠性和竞争力非常重要。
总之,MOLDFLOW是一种强大的工具,可以帮助工程师模拟和优化材料成型过程。
它能够预测产品在成型过程中可能出现的问题,并提供解决方案。
通过使用MOLDFLOW,工程师可以提高产品的质量和性能,减少成本和时间,从而在市场上取得竞争优势。
注射成型过程计算机模拟---实验指导书
《注射成型过程计算机模拟技术》实验指导书编写李松柏翁灿审核蒋炳炎班级:姓名:学号:中南大学机电工程学院机械制造及自动化系二零一二年九月目录实验一MoldFlow软件流动分析及应用 (1)【实验目的】 (1)【实验器具】 (1)【实验原理】 (1)【实验步骤】 (1)【实验报告】 (5)实验二MoldFlow软件翘曲分析及应用 (6)【实验目的】 (6)【实验器具】 (6)【实验原理】 (6)【实验步骤】 (7)【实验报告】 (10)附录 MoldFlow软件介绍 (11)【应用领域】 (11)【软件组成及作用】 (11)【主要模块】 (12)实验一注射过程流动(Flow)分析实验【实验目的】●掌握MoldFlow软件的网格划分、网格诊断、网格修复等前处理操作技术;●了解塑料材料在模具内流动中注射工艺参数对注射制品缺陷的影响,预测注射成型制品的缺陷,控制塑料材料在模具中的流动方式,掌握保压工艺曲线的优化方法,改善成型制品的缺陷,提高一次试模的成功率。
【实验器具】●微型计算机(台/人);●MoldFlow软件。
【实验原理】塑料在不同形状的模具流道和模具型腔中流动时,由于塑料本身特有的粘滞特性,塑料熔体内部具有粘滞力,管壁存在摩擦力,塑料熔体沿管道流动和在模具型腔中流动时会引起压力降和流速的变化,模具流道和模具型腔本身截面形状和尺寸的变化,也会引起流体压力、流速分布和流量的变化,将对塑料制品的性能产生重要的影响。
研究不同塑料材料的流动特性,涉及到流体力学、材料流变学、计算数学等知识,通过对塑料熔体在流动过程中建立相应的控制方程,根据对应的边界条件,对塑料熔体流动过程中的速度场、温度场以及剪切应力、剪切速率、体积流量、粘度等参数变化进行求解,从而预测注射成型制品的缺陷,改变注射工艺参数,改善成型制品的缺陷,提高一次试模的成功率。
Moldflow软件中MPI/Flow模块能够对注塑成型工艺过程提供全面的解决方案,主要体现在以下几个方面:(1) 制品能否充满,特别是对于大型制品;(2) 最佳的浇口位置与数量、类型;(3) 流道系统的优化设计。
材料成形计算机模拟--第二章
• 在轴对称问题中,通常采用圆柱坐标(r, ,z)。以对称轴作为z轴,所有应力、 应变和位移都与方向无关,只是r和z的
函数。任一点的位移只有两个方向的分 量,即沿r方向的径向位移u和沿z方向的 位移w。由于轴对称,方向的位移v等 于零,因此轴对称问题是二维问题。
• 离散轴对称物体时,采用的单元是一些 圆环,各单元在rz平面内形成网格。
二、六面体单元
• 8节点六面体单元,每个节点有3个自由度,一个 单元共有24个自由度。插值多项式中包括如下各
项: 1 x y z xy yz zx xyzT
• 以单元的形心为原点建立一个局部坐标系,、、 为自然坐标,在单元内部 -1 1,-1 1,-1 1
利用节点坐标和位移求得插值多项式系数,可将 位移表示为
由上式可见,应变分量εr、εz、εrz都是常量, 环向应变εθ不是常量。
单元应力:
(r z rz )T Ce CeBue Sue (Si S j Sm)ue
轴对称问题的弹性矩阵为
1
Ce
E (1 υ) (1υ)(1 2υ)
对
υ 1 υ
1
称
υ 1 υ υ 1 υ
1
0
0 0 1 2υ 2(1 υ)
其中I为三阶单位矩阵。
ue (ui vi wi uj vj wj um vm wm ul vl wl )T
1 Ni 6V (ai bi x ci y di z) (i, j,m,l)
xj yj zj
ai xm ym zm
xl yl zl
1 yj zj
bi 1 ym zm
1 yl zl
x x0 a y y0 b
式中
x0 (x1 x2 ) / 2 (x3 x4 ) / 2
材料的计算机模拟方法优秀课件
Hˆ E
Hˆ TˆVˆ
Tˆ2
2mi
1 2 2 2 mi (x2 i y2 i z2 i )
动能是所有粒子的动能加和
Vˆ 1
qjqk
4 j kj rk rj
势能代表粒子之间的库仑相互作用 (即:核与核之间、电子与电子之间 的排斥以及电子与核之间的吸引)
对电子而言,q=-e,对核而言,原子序数为Z:q=+Ze。
如6-21G 表示内层原子轨道用六个高斯基函数来描述,内层价壳则用两个高 斯基函数表示,外层价壳用一个高斯函数表示。
类似地还有:3-21G, 4-31G, 以及 6-311G 等等。
➢ 带极化函数的基组,在基组中加入极化函数后可以允许原子核外电荷的不 均匀位移,因此它可以改进对化学键的描述。极化函数可以描述那些和孤 立原子相比更高的角动量量子数的轨道(如p-型函数用于H和He,d-型函 数用于Z>2的原子),并将之加入到价电子壳层中。例如,6-31G(d) 基组 的构建是将6个d-型简单高斯函数加入到6-31G 中来描述每个非氢原子; 同样地,6-31G(d,p) 是6-31G(d) 对重原子, 但加入了一组p-型高斯函数到 氢原子或氦原子。 将p-轨道加入到氢原子中对那些含有以氢原子为桥原子 的体系而言特别有用。
通过对这些性质的预测,在含能材料中有许多实用
价值,如:可以研究合成路径、反应产物、爆轰产 物状态方程、爆轰引发的机理等等。
材料成型计算机模拟技术作业题(doc 9页)
应力分布图:
第一主应力图
第二主应力图
第三主应力图
最大剪切应力图应变分布图:
最大主应变
最小主应变
平面应变图
厚度分布图:
坯料边缘流动分布图:
小结:经过一段时间的学习,我学会简单使用Dynaform分析软件,更重要的是掌握了如何对了个零件进行有限元分析,零件的前处理,后处理及结果是否符合要求等,对自己的专业知识加以巩固及扩展,在今后的学习中,应更加深入的对此学习,了解,注重原理的基础上熟练使用软件操作。
虽然现在对有限元分析只有初步了解,但在今后的努力学习中,相信自己能做的更好,更深入其原理知识。
材料成型计算机模拟1
2.2 网格划分成功
3.物性参数Visual-Cast
3.0 参数设置流程
3.1 模拟参数设置 3.2 定义实体单元类型 3.3 换热系数 3.4 运行条件设置 3.5 重力方向
3.1 模拟参数设置
3.2 定义实体单元类型
3.3 换热系数
3.4 运行条件设置
3.5 重力方向
(3). 计算机模拟分析
由于铸件技术要求中不允许出现裂纹,对铸件应力场进行模拟。如图3.12所示,模拟 铸件热裂与冷裂。可以看出浇注系统和冒口的合理设置、浇注温度和开箱时间的适 当,避免了较大的收缩应力和应力集中,且没有妨碍到铸件的正常收缩,使得热裂 与冷裂显著减少。
谢谢 观赏
材料成型计算机模拟
——铝合金壳体
班级:成型1304班 主讲:张阳 (20132384) 成员:杨梦奇 (20132354)
蔡圣 (20132379)
一、设计流程
➢1.实体建模 ➢2.分析材料,技术要求确定模拟(微观组织,应力场等) ➢3.运用模拟软件模拟,根据模拟结果分析缺陷,再重新设计工艺方案
(冷铁,冒口,出气孔,浇筑系统等) ➢4.确定最终方案,完成说明书(工艺,工装)
二、软件介绍——PROCAST
三、模拟流程
1.造型实体导入软件 2.网格划分。(Visual-Mesh)
软件界面示意
3.物性赋值(各种物理参数)(Visual-Cast)
ห้องสมุดไป่ตู้
4.观察运行结果(Visual-Viewer)
2.划分网格Visual-Mesh
2.1 划分网格流程
1.检查表面连接 2.合并相交面 3.检查并分离相交体
四、模拟结果Visual-Viewer
提高《材料成型计算机模拟》课程的实践教学质量研究
法, 使学生理解有限元求解问题的本质即可。
决 问题, 积累经验 , 这样就可事半功倍。 材料成型本科
在具备上述理论的基础上 ,学生容易从 根本上 生 以往 所 学 的理 论 知识 较 多 ,在 过 去学 习 的时候 往 清楚地理解模拟软件 , 使学习过程变得轻松 。比如工 往 比较盲 目, 并且不知道所学知识今后 的用途 , 而学 程中梁的问题分析 ,目的是求解系统中每根梁的受 习计算机 模拟软件 可建立起 理论 与实践 沟通 的桥 力和变形情况 ,原理采用力学中梁所受载荷与变形 梁 , 使学生能够感 到所学的知识 的应用价值 , 并可激 之 间 的关 系 , 以及 静 力 平衡 方 程 , 简 化 处理 后 得 到线 发出对专业的热爱。 比如对 D E F O R M软件, 教师在完 性代数方程{ F [ K] { 6} , 有限元软件就是有限元 成 一个 镦 粗 实例 的教 学基 础 上 ,还 应该 布置 一 些作 方法 通过 求解 上述 方程组 得 出 目标结 果 。 为达 到更 好 业和练 习, 如开展冲裁实例的模拟 , 这样既加深 了学 的教学效果 , 教师可进一步将材料力学方法和有 限元 生对软件 的理解和使用 ,同时还进一步加强 了学生
《 材料成型计算机模拟》 是随着计算机技术 的飞 4 0 h , 迄今 已连续 1 0 届开设此课程 。
速发展和现代塑性有限元理论的逐步成熟而诞生 的 材料成形过程是极其复杂的高温 、 动态和瞬时过 门新开课程 , 2 0 0 2 年起正式作为我校材料成型及 程 , 难以直接观察。 为了获得优质构件 , 必须控制制备
我 们 反 复 认 真研 讨 ,后 经 学 校 教 学 评 价 中 心专
1 掌握理论
目前 应 用 较 为 广泛 的分析 软件 大 多 数 是基 于有 家组充分论证 , 我们 向学校主管部 门提出了修改教学 限元 理 论 开 发 的 , 因此 , 必须 首 先 让 学生 理 解 利用 有 计划的申请 , 决定依托多年来形成的教师队伍条件和 限元 方 法 解 决 工程 问 题 的原 理 。学 生 只有 具 备 了 比 学校计算机仿真实验室装备条件 , 为材料成型及控制 较扎 实 的理 论基 础 ,才有 可 能 对 所分 析 的 问题 有 比 工程专业本科生开设《 材料成型计算机模拟》 课程 。 此 较准确的预测和判断。可以说 , 理论水平 的高低材料成型及控制工 过程使材料的成分、 工艺 、 组织与性能处于最佳状态,
MS程序简介-材料设计与计算机模拟
应用实例 4
Study of the Effect of Alloying on the Surface Reactivity of Catalysts The CASTEP simulations resulted in the following : CO 优先吸附在Pt表面的顶位 Oxygen 优先吸附在Cu3Pt(111) 表面Cu原子间的空心位 CO (or Oa) 在合金表面的吸附能比两种纯金属表面的吸附能低。 合金表面上CO 氧化的势垒比在纯金属表面低. 表明Cu3Pt 可能是比
the charge density Physical Review Letters, 91, (2003) 105502
应用实例 3
Understanding the Properties (structural, mechanical, vibrational, and electronic) of Carbon and Boron-nitride Nanotubes
Materials Studio的主要模块
CASTEP典型的应用包括表面化学、键结构、态密度和光学性质等研 究,CASTEP也可用于研究体系的电荷密度和波函数的3D形式。此外, CASTEP可用于有效研究点缺陷(空位,间隙和置换杂质)和扩展缺陷(如 晶界和位错)的性质。
研究表面分子吸附的单包(左) 研究点缺陷的单包(右)
材料设计与计算机模拟
Material designing & Computer simulation
Materials Studio 模块简介
Introduction of Materials Studio’s Moduls
材料成型计算机控制课件
定值存在偏差时,及时调整控制信号,以保证材料成型的稳定性和一致
性。
03
优化与决策
通过对材料成型过程的实时监控和数据分析,可以不断优化生产工艺和
流程,提高生产效率和产品质量。同时,根据市场需求和产品特点,可
以制定相应的生产计划和决策方案。
03
材料成型计算机控制技术
加热控制技术
01
02
03
加热温度控制
材料成型计算机控制课件
目录
• 材料成型计算机控制概述 • 材料成型计算机控制系统 • 材料成型计算机控制技术 • 材料成型计算机控制的实践应用 • 材料成型计算机控制的挑战与未来发展 • 材料成型计算机控制课件总结与展望
01
材料成型计算机控制概述
材料成型的基本概念
材料成型是通过物理或化学手段,将原材料转化为具有特定形状和性能的制件的过 程。
计算机控制系统可以实现生产 过程的自动化和智能化,提高 生产效率和产品质量。
材料成型计算机控制的发展趋势
材料成型计算机控制技术不断发 展,向着更加智能、高效、节能
的方向发展。
人工智能、机器学习等技术在材 料成型计算机控制中得到应用, 实现了工艺参数的智能优化和控
制。
物联网、云计算等技术在材料成 型计算机控制中得到应用,实现 了远程监控和生产数的实时分
根据材料成型的需求,精 确控制加热温度,以保障 成型质量。
加热时间控制
根据成型工艺需求,精确 控制加热时间,以保障材 料充分加热。
加热功率控制
根据成型工艺需求,精确 控制加热功率,以保障材 料加热均匀。
液位控制技术
液位检测
通过液位传感器实时检测 液位高度,确保液位稳定 。
液位调节
材料成型计算机模拟分析(各种仿真软件介绍)课件
• 4) 塑性理论中关于塑性应力应变关系与硬化 模型有多种理论,材料属性有的与时间无关, 有的则是随时间变化的粘塑性问题;于是,采 用不同的理论本构关系不同,所得到的有限元 计算公式也不一样。
• 5) 对于一些大变形弹塑性问题,一般包含材 料和几何两个方面的非线性,进行有限元计算 时必需同时单元的形状和位置的变化,即需采 用有限变形理论。而对于一些弹性变形很小可 以忽略的情况,则必需考虑塑性变形体积不变 条件,采用刚塑性理论。
27
• 结构静力分析用来求解外载荷引起的位移、应 力和力。静力分析很适合于求解惯性和阻尼对 结构的影响并不显著的问题。ANSYS 程序中的 静力分析不仅可以进行线性分析,而且也可以 进行非线性分析,如塑性、蠕变、膨胀、大变 形、大应变及接触分析。结构非线性导致结构 或部件的响应随外载荷不成比例变
• 化。ANSYS 程序可求解静态和瞬态非线性问题, 包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三 种。
34
弹塑性有限元
• 在塑性变形过程中,如果弹性变形不能忽略并 对成形过程有较大的影响时,则为弹塑性变形 问题,如典型的板料成形。在弹塑性变形中, 变形体内质点的位移和转动较小,应变与位移 基本成线性关系时,可认为是小变形弹塑性问 题;而当质点的位移或转动较大,应变与位移 为非线性关系时,则属于大变形弹塑性问题; 相应地有小变形弹塑性有限元或大变形(有限 变形)弹塑性有限元。
24
25
有限元软件ANSYS
• ANSYS 软件是由世界上最大的有限元分析软件公司之 一的美国ANSYS 开发,是集结构、流体、电场、
• 磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
• ANSYS 的前处理模块提供了一个强大的实体建模及网 格划分工具,用户可以方便地构造有限元模型。
材料制备的计算机模拟
第14卷专辑1 Vol.14S1中国有色金属学报The Chinese Journal of N onferrous Metals2004年5月May 2004文章编号:10040609(2004)S1013809材料制备的计算机模拟①李依依,李殿中,黄成江,张玉妥,兰勇军(中国科学院金属研究所,沈阳110016)摘 要:以中英合作研制大型铸钢支承辊为例,首先阐述了铸造工艺过程的计算机模拟过程,包括充型过程的速度场、凝固过程的温度场以及微观组织等轴晶与柱状晶的转变和它们之间的竞相生长。
其次,对带钢热轧过程中的组织演化和性能进行了模拟和预报;同时采用具有自主知识产权的深过冷热机械处理获得梯度细晶显微组织,认为通过轧制形变前的深过冷进一步降低形变温度是获得超细晶粒的关键。
最后,提出多尺度模拟与集成是今后材料制备计算机模拟的发展方向。
关键词:材料制备;计算机模拟;超细晶粒钢;深过冷Computer simulation on m aterials processingL I Y i2yi,L I Dian2zhong,HUAN G Cheng2jiang,ZHAN G Yu2tuo,LAN Y ong2jun(Institute of Metal Research,Chinese Academy of Sciences,Shenyang110016,China)Abstract:The casting process of a large2size back2up steel roll was simulated by computer,including the filling velocity field,solidification temperature field,the transformation and the competition growth of equiaxed crystals and column crys2 tals.Then the microstructural evolution and the properties of a strip steel were simulated and predicted.It is found that bya thermo2mechanical treatment under severe undercooling,an ultra2fine and gradient grain structure can be obtained.Fi2nally,it is pointed out that multi2scale and integration simulation will be the developing trend for simulation on materials processing.K ey w ords:materials processing;computer simulation;ultra2fine steel;severe undercooling 随着材料和计算机技术的高速发展,可以通过事先的工艺设计和过程控制取代单凭经验积累和试差法方式制备材料。
材料的计算机模拟方法
组态相互作用(CI):
由于在分子的HF波函数里只有一个行列式,因此它在分子中只能描 述一个单电子组态。这就限制了HF方法—它对最简单的分子—氢的 二聚体的离解能都不可以精确预测。 组态相互作用方法是在原来的HF波函数的基础上再构建一个行列式 包含更高能量(激发态)的空轨道,这个新的行列式通过用更高能量 的未占轨道(虚轨道)取代一个或更多个已占轨道来建立,行列式中 取代的数目代表了CI的水平, 单取代(CIS)打开一个占据轨道和一个虚轨道,它等价于单电 子激发态。 更高级的计算包括双取代(CID)对应于打开两对轨道:
one e
( 0) (1) 2 ( 2) 3 (3) mol
( 0)
(1)
2
( 2)
3
(3)
mol
密度泛函理论(DFT)
这种方法是将电子相互作用看作是电子密度的函数,现行的DFT方法 通过Kohn-Sham方程将电子能量分成4个部分:E = ET + EV + E J + E XC,其中ET 代表电子的动能(来自于电子的运动);EV 代表电子的 势能(包括核与核之间的排斥能、核与电子之间的相互作用能); E J 代表电子之间的排斥能; E XC代表电子相关能。 由于对E XC的定义不同便产生了不同的DFT方法,如:LDA、 GGA、B3LYP、B3PW91等等。
ˆ E H
ˆ T ˆ V ˆ H
2 2 2 2 1 ˆ T ( 2 2 2 ) 动能是所有粒子的动能加和 2m i mi x i y i z i
q j qk 1 ˆ V 4 j k j rk rj
势能代表粒子之间的库仑相互作用 (即:核与核之间、电子与电子之间 的排斥以及电子与核之间的吸引)
铸件成形中的计算机模拟
铸件成形中的计算机模拟孙丽文;侯华【摘要】综述了铸件成形中充型过程、凝固过程、应力场、凝固组织形成过程的计算机模拟技术,模拟软件及应用现状.指出计算机模拟技术是铸件成形工艺的重要手段,大型化、轻量化、精确化、数字化、网络化及清洁化将是未来铸造技术的重要发展方向.【期刊名称】《大型铸锻件》【年(卷),期】2006(000)003【总页数】3页(P42-44)【关键词】计算机模拟;铸件成形;发展方向【作者】孙丽文;侯华【作者单位】中北大学材料工程系,山西030051;中北大学材料工程系,山西030051【正文语种】中文【中图分类】TG2441 前言随着计算机技术的发展,计算材料科学已成为一门新兴的交叉学科,是解决材料科学中实际问题的重要研究方法之一。
因此,基于知识的模拟仿真是材料科学与制造科学的前沿领域及研究热点[1]。
铸件形成过程中的计算机数值模拟可以对液固转变过程中产生的诸如缩孔、缩松、夹渣、气孔、裂纹等各种铸造质量问题进行分析,预测产品的质量,减少实验次数;可确定最佳的工艺流程,实施工艺优化;可以节省大量的人力、物力、财力,产生显著的经济效益。
根据美国科学研究院工程技术委员会的测定,模拟仿真可提高产品质量5%~15%,增加材料出品率25%,降低工程技术成本13%~30%、降低人工成本5%~20%、增加投入设备利用率30%~60%,缩短产品设计和试制周期30%~60%等。
本文研究了铸件成形中的计算机模拟技术,分析了模拟技术在铸件成形中的应用前景。
2 铸件在充型过程中的计算机模拟充型过程数值模拟是基于有限差分或有限元等数值方法来求解质量守恒方程和动量方程以得出流体运动规律。
SOLA-VOF法是目前在充型过程计算机模拟多采用的方法,SOLA-VOF法用来求解速度场-压力场的迭代方法,VOF 处理自由表面。
最初的SOLA-VOF法用于求解二维具有自由边界的非定常流动问题,随着计算机技术的发展,目前在三维领域得到了很好的推广[2]。
计算机在材料成形加工中的应用
计算机在材料成形加工中的应用摘要随着计算机技术的不断发展,特别是微型计算机功能的不断增强,计算机在各个领域的应用日益广泛。
在材料成形加工领域中,计算机的应用也有了很大的发展,主要集中在材料成形加工中的数值模拟和自动控制。
本文综述了液态成形、塑性成形、连接成形的计算机模拟及计算机控制技术在材料成形加工中的应用及其发展。
关键字:计算机模拟控制材料成形加工应用一、材料成形加工技术的作用及地位材料成形加工行业是制造业的重要组成部分,材料成形加工技术是汽车、电力、石化、造船及机械等支柱产业的基础制造技术,新一代材料加工技术也是先进制造技术的重要内容,C27铸造、锻造及焊接等材料加工技术是国民经济可持续发展的主体技术。
高速发展的工业技术要求加工制造的产品精密化、轻量化、集成化;国际竞争更加激烈的市场要求产品性能高、成本低、周期短;日益恶化的环境要求材料加工原料与能源消耗低、污染少。
为了生产高精度、高质量、高效率的产品,材料正由单一的传统型向复合型、多功能型发展;材料成形加工制造技术逐渐综合化、多样化、柔性化、多学科化。
因此,而对市场经济、参与全球竞争,必须十分重视先进制造技术及成形加工技术的技术进步。
二、计算机模拟在材料成形加工中的应用材料成形过程是极其复杂的高温、动态和瞬时过程,难以直接观察。
利用计算机模拟材料成形过程,可预测产品的质量,减少试验次数;确定最佳的工艺流程,以达到某一特殊性能的要求;动态显示各个物理量的演变历程和空间分布;提高劳动生产率。
目前,模拟仿真技术己能用在压力铸造、熔模铸造等精确成形加工工艺中,而焊接过程的模拟仿真研究也取得了可喜的进展。
1液态成形的计算机模拟[1]液态成形过程的计算机模拟已由形状尺寸的宏观模拟进入微观模拟阶段。
从1992年至今,开展了微观组织形态的计算机模拟,获得了可重复的产品质量,实现了工艺的可视化。
1.1液态金属充型过程的计算机模拟到目前为止,已研究出许多算法,如并行算法、三维有限单元法、三维有限差分法、数值方法与解析方法混合的算法等。
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材料成型计算机模拟(纯手工打造)一、名词解释1计算机模拟的概念:根据实际体系在计算机上进行模拟实验,通过将模拟结果与实际体系的实验数据进行比较,可以检验模型的准确性,也可以检验由模型导出的解析理论作为所作的简化近似是否成功。
12材料设计是指(主要包含三个方面的含义):理论计算→预报→组分、结构和性能;理论设计→订做→新材料;按照生产要求→设计→制备和加工方法。
13数学模拟的定义:就是利用数学语言对某种事务系统的特征和数量关系建立起来的符号系统。
4数学建模是一种具有创新性的科学方法,它将实现问题简化,抽象为一个数学问题或数学模型,然后采用适当的数学方法进行求解,进而对现实问题进行定量分析和研究,最终达到解决实际问题的目的。
15数学模型的建立方法——理论分析法:应用自然科学中的定理和定律,对被研究系统的有关因素进行分析、演绎、归纳,从而建立系统的数学模型。
6数学模型的建立方法——模拟方法:如果模型的结构及性质已经了解,但是数量描述及求解却相当麻烦。
如果有另一种系统,结构和性质与其相同,而且构造出的模型也是类似的,就可以把后一种模型看作是原来模型的模拟,对后一个模型去分析或实验,并求得其结果。
7数学模型的建立方法——类比分析法:如果有两个系统,的情况为差分方程的收敛性。
215初截荷法是将塑性变形部分视为初应力或初应变来处理,将塑性变形问题转化为弹性问题的求解方法。
416刚塑性有限元法不计弹性变形,采用屈服准则和方程,求解未知量为节点速度。
517凝固模拟技术:用计算机高速度大容量的计算能力,对浇注凝固过程中相关的各物理场进行数值求解,可以预见一定工艺方案下,浇注凝固过程中的各物理行为方式,从而可以推断是否会产生缺陷以及产生缺陷的定量特征。
618可视化处理:必须按照这些数据既定的数据结构和取值的规定性,通过计算机程序去求解、去识别,并将其组织、构造成相应的图形、图像、曲线乃至动画等等,使其直观可视,直接反应出工程相关的信息,直接揭示出工程相关的因果关系,为铸造工艺的优化提供准确的决策依据。
619数据阵列:作为数值求解结果的解数据,是一个庞大的数值阵列,这些琐碎而沉繁的数据本身并不能直接向人们揭示充型或凝固过程的物理内涵。
620前处理:在凝固模拟技术中,值域的离散化、方程的差分化通常被称为前处理。
21后处理:用计算机图形表示分析计算所得的数值结果,结果数据的可视化、动画化通常被称为后处理。
22导热——物体个部分之间不发生相对位移,依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动进行的热量传递。
23热流密度:单位时间内通过单位面积的热量称为热流密度。
24导热系数:单位温度梯度下物体内所产生的热流密度,它表示物体导热本领的大小。
625对流:指物体个部分之间发生相对位移,冷热物体相互参混所引起的热量传递方式。
626对流换热:物体流过另一物体表面时对流和导热联合起作用的传热过程。
627温度场:导热体在各个时刻内部各点的温度分布。
628等温线(面):同一时刻物体中温度相同的点连接而成,对二维问题指等温线,对三维问题指等温面。
629离散化:把由无限个质点构成的连续体转化为有限个单元集合体的过程。
230温度场模拟:利用传热学原理,分析铸件的传热过程,模拟铸件的冷却凝固过程,预测缩孔、缩松等缺陷。
331注射成型流动过程模拟的目的在注塑模具制造前,预测塑料熔体充模过程的流动性为,以便尽早发现设计中存在的弊病,修改模具设计图样而不是返修模具。
减少模具返修报废,提高塑件制品质量。
32计算机仿真:通过计算机软件系统观察系统动态模型在某段时间内的性能来解决问题的方法。
2二、填空题1材料科学:以材料的组成、结构、性能和加工等为研究对象的一门科学。
12材料、能源和信息称为当代文明的三大支柱。
13材料的分类:组成与结构:金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料等。
14材料的分类:性能和作用:结构材料和功能材料。
15数学建模的过程包括:建模准备、建模假设、构造模型、模型求解、模型分析、模型检验、模型应用。
16对实体的认识过程:描述性数学模型、解释性数学模型。
1 7建立立模型的数学方法:初等模型、图论模型、微分方程模型、随机模型。
18模型的应用领域:人口模型、环境模型、水资源模型、污染模型。
19模型的特征:静态模型和动态模型、离散模型和连续性模型。
110对模型的了解程度:白箱模型、灰箱模型和黑箱模型。
1 11材料成型方法涉及到的物理、化学和力学现象。
112材料成型过程的基本规律可应用一组微分方程来描述:流动方程、热传导方程、平衡方程或运动方程、即场方程或控制方程。
113材料成型问题——场方程——定解条件——边值条件,初始条件——方程解析解。
114金属型模具温度场的分析内容:前处理——求解——后处理。
615流场与缺陷形成有紧密的相关性,通过流场的模拟可以预测可能产生缺陷的位置和程度,从而提高改进的方向。
16导热特点:1)物体之间不发生宏观相对是位移;2)依靠微观粒子(分子、原子、电子等)的无规则热运动。
3)是物质的固有本质。
617计算机仿真包括两方面的工作:1)建立仿真对象的(数学模型);2)求解,并将结果表示出来。
18有限元分析的后处理程序的功能:1)对计算结果的加工处理;2)计算结果的(图形)表示。
219用于表示计算结果的图形表示形式:1)结构变形图;2)等值线图;3主应力迹线图;4)等色图。
220一维空间Fourier 定律表示成下式:q=x∂∂-t λ。
7 21当x 方向的温度分布呈线性时,温度梯度表达式:1212x T x T T x --=∂∂。
722虚拟现实技术重要特征:多感知性、(存在感)、交互性、自主性。
223初始条件:温度初始条件、(压力)初始条件、速度初始条件、组织初始条件。
3三、简答题1数值模拟方法的基本特点?1答:将微分方程的边值问题的求解域进行离散化,将原来求得在求解域内处处满足场方程,在边界上处处满足边界条件得解析解的要求降低为求得在给定的离散点(节点)上满足由场方程和边界条件所导出的一组代数方程的数值解。
因此使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。
2有限元法的特点?1答:将求解域离散为一组有限个形状简单且仅在节点处相互连接的单元的集合体,在每个单元内用一个满足一定要求的差值函数描述基本未知量在其中的分布。
随着单元尺寸的缩小,近似德尔数值求解越来越逼近精确解。
有限元法适应任意复杂的和变动的边界。
3有限差分法的特点?1答:以差分代替微分,将求解对象,在时间与空间上进行离散对每个离散单元进行各种物理场分析(温度场、流动场、应力场),然后将所有单元的求解结果汇总,得到整个求解对象在不同时刻的行为变化,并对分析对象的可能变化趋势作出预测。
有限差分法有点:求解过程简单,速度快,前后置处理易于实现。
4数值模拟的基本原理是什么?1答:1)金属成形过程是工件的一个弹(粘)塑性变形过程,有时在这个过程中还伴有明显的温度和微观组织变化。
2)从物理的角度看,无论这个过程多么复杂,这个过程总可以通过一组微分方程以及相关的边界条件和初始条件表示出来。
这组微分方程以及边界条件和初始条件可以根据固体力学、热力学和材料科学的基础理论建立起来。
3)通常,这组微分方程的基本未知量是工件各点的位移、温度和一些用于面熟微观组织的物理量。
例如,对于普通的冲压过程,由于温度的影响和微观组织的变化可以忽略,因此基本的未知量只是工件各点的位移,而对于热锻过程,温度也应该作为基本的未知量。
如果我们可以得到这组微分方程的解,那么,我们可以根据相关学科的基础理论和基本规律,由所得到的基本未知量计算出其他物理量(例如应力、应变。
载荷等)随空间和时间的变化。
4)由于金属成型过程的复杂性,这组微分方程具有极强的物理的和几何的非线性,因此得到这组微分方程的理论解是非常困难的。
5)直到七十年代,随着计算机技术和数值计算方法特别是有限元方法的迅速发展,才使得有可能通过数值计算的方法求解这组微分方程,从而建立了金属成型工艺数值模拟技术。
用计算机语言编写的的求解这组微分方程并由基本未知量计算其他物理量全部计算过程的文件就是我们常说金属成形工艺数值模拟软件。
5做金属成形工艺数值模拟需要客户准备哪些数据?1答:客户需要提供数据包括:工艺参数,坯料、模具的形状尺寸数据和材料性能数据,压力机数据等。
对于冲压工艺:材料性能数据只包括板料在室温条件下的力学性能能数据例如:应力应变曲线、n值(应变硬化指数)的测定与r值(厚向异性系数),成形极限图等。
对于锻造工艺:如果客户需要了解模具的变形和应力数据,则还需要提供模具的力学性能数据。
如果是热锻,除了需要提供模具和坯料在锻造温度条件下的力学性能数据外,还需要提供与坯料与微观组织有关的数据。
6通过金属成形工艺数值模拟,可以得到什么结果?1答:1)金属成形工艺数值模拟可以预测出工件变形的详细过程,并定量地给出工程师们所关心的与变形有关的各种物理量在工件或模具上的空间分布以及随时间的变化。
2)通常这些物理量包括:工件与模具的几何形状、位移、速度、(弹性和塑性)应变、应变率、应力、载荷等。
对于热锻,还包括温度及微观组织(例如:再结晶体积分数和晶粒度)。
如果工件为疏松材料,还另外包括材料粒度。
3)根据上物理量的计算结果,我们可以判断出工件是否存在缺陷。
例如对于冲压工艺,您可以从工件外形判断出是否起皱,对比成形极限图可以看到共建哪些位置可能开裂。
回弹计算结果直接给出工件各处的相对回弹量。
4)对于锻造工艺,您可以从工件外形判断是否有折叠,工件是否已经充满模具型腔。
从温度分布可以判断工件温度是否太高,甚至出现过烧。
对比破裂准则可以看到工件哪些位置可能开裂。
根据晶粒度分布可以判断锻件是否出现混晶缺陷等。
5)如果发现成型后的工件出现某些缺陷,坑能是模具/坯料或者工艺的某些参数有问题,可以根据经验队工艺参数如此进行反复修改工艺反复模拟知道工件没有缺陷为止。
在计算机上进行了一次工艺优化。
这就是说通过金属成形工艺数值模拟,可以进行工艺设计并最终得到一个经过优化的成形工艺。
7做金属成形工艺数值模拟对企业有什么好处?1答:1)通过金属成形工艺数值模拟,可以进行工艺设计并最终得到一个经过优化的成形工艺。
由于这个工艺模拟的计算是根据固体力学、材料科学与数值计算的基础理论进行的,因此这种数值模拟过程原则上与进行工艺实验具有相同的效果。
2)但是由于工艺模拟是在计算机上进行的,它不需要加工实际的模具和坯料,也不需要压力机,从而使在工艺设计和优化上所花费的时间、成本大为降低。
可见这是一项能够给企业带来巨大经济效益的技术。
3)由于数值模拟技术可以使开发新产品的工艺试验次数大为减少,从而缩短了新产品的开发周期,降低了新产品的开发成本,提高了企业市场竞争力。