材料成形过程模拟仿真
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。
Rem3D—注塑成型仿真软件
Rem3D®——注塑成型仿真软件
世界最强大注塑成型工艺的数值模拟软件。
Rem3D®仿真软件是一套三维有限元注塑成型过程模拟软件系统，主要用于热塑性塑料、热固性塑料、水/气辅注射成型技术、共注成型、泡沫注射成型与膨胀、纤维强化注射成型、二次成型、片/块状
模造法、所有的多材料加工工艺、挤压模具的流动平衡技术等。
Rem3D®仿真软件可以帮助您：
减少生产周期
——如运用Rem3D®来确定实现最小应变的最佳保压时间
缩短模具设计周期
——如运用Rem3D®来确定喷嘴、冷却器和管式加热器的位置
分析工艺参数
——如运用Rem3D®来确定所需保压压力，减少合模力
优化注射工艺
——如运用Rem3D®来确定泡沫最佳平衡及最少填充时最佳质量
Rem3D ®仿真软件主要模块 Rem3D ®仿真软件主要特征 ● 无与伦比的网格重划分技术 ● 经得住实践检验的模拟准确性 ● 准确热描述和 纤维取向表征 ● 高性能的优化计算和可扩展性
Multifluids Module Co-Injection polyurethane foams SMC Module (Sheet Molding Compound) In association with Research projects Short Fiber Composites Process
Core Module Monofluid Thermoplastics & Thermosets。
多孔材料压制成型过程的仿真实验研究
４ 结
语
［ ６ ］ 李 尚健 ． 金属 塑性成 形过 程模 拟 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 机 械 工 业
出 版社 。 ２ ０ ０ ２ ．
１ ） 自由锻 压时 ， 大变形 区域 主要 集 中在 中ｎ ｔ ｏ ｆ Ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｇ Ｆｏ ｒ ｍｉ ｎｇ ｏ ｆ Ｐｏ ｒ ｏ ｕ ｓ Ｍ ａｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ
１ ０ ４
华
北
水
利
水 电
学 院
学
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２ ０ １ ３年 ｌ ０月
雪
一
雪
垒
×
奁 一
一
蛰
０ ０４ ０８ １ ２ １ ６ ２０ ２４ ２ ８ ３２ ３ ． ６ ４０
０ ０ ． ４ ０． ８ １ ． ２ １ ． ６ ２０ ２４ ２ ８ ３ ． ２ ３ ， ６ ４０
所产 生 的压力 对于 凸 模 远没 有 达 到 屈 服 ， 满足 所 需
的 强度要 求 ， 故 设计 达标 ．
［ ５ ］Ｔ ｏ ｓ ｈ ｉ ｏ Ｓ ａ ｎ ｏ ． Ｋ ｅ ｎ ｓ ｕ ｋ ｅ ｋ ａ ｔ ｏ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｄ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｓ ｉ ｎ ｐ ｏ ｗ ｄ ｅ ｒ ｍ ｅ ｔ ａ ｌ ｓ ［ Ｊ ］ ． Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ －
力． ） 代入 相关 参数 ， 计算 可得
：Ｚ ： ３ ７ ： ｒ ｏ ＝— — — — — — － ＝ ／ ． ３ ｊ Ｍ Ｐａ ＜２３ ＜ ５ ＭＰ ． Ｍ ａ ０． ０ ４ ８‘ １ 『
基于COMSOL的树脂基复合材料固化成型过程多场耦合仿真
一、课题研究背景、现状与思路
课题 研究 背景
树脂基复合材料以其高比强度和比刚度、可设计性强以 及便于大面积复杂制件整体成型等优良特性，在航空航天等 高科技领域得到了广泛应用；
热压罐由于罐内较均匀的温度场和压力场以及成型制件 孔隙率低、力学性能稳定等优点，目前已成为大型飞机复合 材料承力构件的主要成型工艺；
五、 基于实验验证的复合材料制件形性协同制造
实验结果分析-帽型制件几何成形精度(厚度超差)
帽型加筋结构制件厚度超差测量位置
厚 度 超 差 \mm
3.5
无孔实测
无孔仿真
3.0
6mm孔 实 测
6mm孔 仿 真
12mm孔 实 测 12mm孔 仿 真
仿真结果分析-帽型制件树脂体积分数
无孔
20 18 16 14 12 10
8 6 4 2 0
Φ6mm孔
树脂分布不均匀性\%
18 15 12
8
0
6
12
20
孔径\mm
帽型制件树脂分布不均匀性
当硅橡胶芯模预制 调型孔孔径为12mm时， 辅助成型的帽型加筋 结构制件树脂分布较 均匀，不均匀性为8%。
Φ12mm孔
Gm )Vf Gm )Vf
G23
Gm km (Gm G23 f ) 2G23 f Gm km (Gm G23f ) 2G23 f Gm (km
km (G23 f Gm )Vf 2Gm )(G23f Gm )Vf
12
13
12f V f
复合材料制件固化成型过程数值模拟研究现状
目前大多数针对复合材料制件固化成型过程的研究仍停留在模 块化建模分析，或仅针对某一模块开展研究，或简单将一个模块 的分析结果导入另一模块，弱化这些现象之间的交互作用。 已有的针对固化成型过程的研究往往以等厚度层合板为结合对 象，而对变截面制件以及变截面、带曲率的帽型加筋结构制件的 固化成型过程有限元仿真模拟研究较少。
板料冲压成型过程的仿真分析
板料冲压成型过程的仿真分析板料冲压成型过程的仿真分析冲压成型是一种广泛应用于制造业的加工方法，可以用于生产各种类型的零件和产品。
在冲压成型过程中，板料被放置在冲床上，然后通过冲压头施加压力，将板料变形成所需形状。
为了进行冲压成型过程的仿真分析，我们可以按照以下步骤进行思考：第一步：确定冲压件的设计和材料参数。
在仿真分析之前，需要明确冲压件的设计要求，包括形状、尺寸和材料参数等。
这些参数将用于后续的仿真模型建立和分析。
第二步：建立冲压过程的仿真模型。
基于冲压件的设计参数，可以使用一些专业的仿真软件，如AutoForm、PAM-STAMP等，建立冲压过程的仿真模型。
在建立模型时，需要考虑板料的材料特性、冲床的结构参数以及冲压头的运动规律等。
第三步：进行冲压过程的仿真分析。
在建立好仿真模型后，可以进行冲压过程的仿真分析。
通过对模型施加适当的载荷和边界条件，可以模拟真实的冲压过程，并得到冲压件的变形情况、应力分布以及可能出现的缺陷等信息。
第四步：优化冲压过程的参数。
根据仿真分析的结果，可以对冲压过程的参数进行优化。
例如，调整冲压头的运动速度、改变冲压件的厚度或减小冲床的压力等，以达到更好的成形效果和减少缺陷的目的。
第五步：验证仿真结果的准确性。
为了验证仿真结果的准确性，可以将仿真得到的冲压件与实际生产的样品进行对比。
通过比较冲压件的尺寸、形状以及可能存在的缺陷等，可以评估仿真结果的可靠性，并进行必要的修正和改进。
最后，冲压成型过程的仿真分析可以帮助设计师和工程师更好地理解冲压过程的工艺特性，优化冲压工艺参数，提高产品质量和生产效率。
同时，通过仿真分析，还能更早地发现潜在的问题和缺陷，减少实际生产中的试错成本和风险。
因此，冲压成型过程的仿真分析在现代制造业中具有重要的应用价值。
成型仿真操作流程的归纳
成型仿真操作流程的归纳Molding simulation is an essential process in manufacturing to predict the flow and behavior of molten material during the molding process. 成型仿真是制造过程中的一个必要步骤，用于预测在成型过程中熔融材料的流动和行为。
The operation flow of molding simulation can be summarized into several steps. 成型仿真操作流程可以概括为几个步骤。
Firstly, the materials and parameters need to be input into the simulation software. 首先，需要将材料和参数输入到仿真软件中。
Next, the model of the product and the mold is created in the software based on the design. 接下来，根据设计，在软件中创建产品和模具的模型。
Once the model is set up, the simulation is run to analyze the flow, cooling, and any potential defects in the final product. 一旦模型设置完成，就运行仿真来分析流动、冷却和最终产品中可能存在的任何缺陷。
After the simulation, the results are analyzed to make any necessary adjustments to the design or process. 仿真之后，需要分析结果，并对设计或工艺进行必要的调整。
Finally, the optimized design and process are implemented for actual production. 最后，优化后的设计和工艺被用于实际生产。
基于COMSOL的树脂基复合材料固化成型过程多场耦合仿真
20mm孔
30 27
20
厚度超差\mm
0.4
0.2
厚度超差基线0[mm]
0.0
-0.2
Φ12mm孔
Φ20mm孔
-0.4
1
2
3
4
5
位置
厚度偏差
当硅橡胶芯模预制调型孔孔径为12mm时，辅助成型的帽型加筋结构制件 成形精度较好。
四、基于COMSOL的复合材料帽型件的建模仿真
仿真结果分析-预制调型孔最佳尺寸范围的确定
0.23
侧面均设置成固定约束且无流动；盖板/预制体 常压热容(J/(kg*K)) 480
800
以及芯模/预制体之间分别定义成独立的接触对， 忽略界面传热系数及界面摩擦系数，在传热和
热膨胀系数(1/K) 12.32×10
3.15×10
传压模块中定义接触对连续。
四、基于COMSOL的复合材料帽型件的建模仿真
dα dt
(K1
K 2α)(1
α)(0.47
α)(α
0.3)
dα
dt
K3(1 α)(α
0.3)
K j A jexp(E j/RT)(j 1,2,3)
树脂流速vi 树脂体积分数Vr
温度T
固化度α
代入黏度方程： exp(U / RT K)
面临的挑战
复合材料制件固化成型过程多物理场交互耦合，使得数值模拟 难以实现其精确预测和控制。
一、课题研究背景、现状与思路
课题研究思路
固化工艺参数
材料时变参数
热-化学模型
固化度 温度
热-流-固强耦合
固化度
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。
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• 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。
难变形材料复杂构件成形多场耦合多尺度全过程建模与仿真
难变形材料复杂构件成形多场耦合多尺度全过程建模与
仿真
首先，建立基于场耦合多尺度的模型和仿真技术，来表征难变形材料的性能特点。
其次，利用模型从而增强数值模拟的能力，来筛选材料特性和实验参数，预测材料的行为规律，比如温度和力学变化。
最后，建立一个弹性有限元加载算法，用于分析复杂构件的组装过程和设计调试，以及反映其变形行为。
同时，对于复杂构件形状复杂的成形过程，还必须考虑材料冷喷成型或机械拉拔成型过程中的物理变形机理，如温度场、应力场和变形场的演变，以及难变形材料的微观结构变化，如金属流变破坏、机械耦合模型、显微结构分析和拉拔等，对其进行建模、仿真和分析。
此外，为了确保难变形材料复杂构件成形的准确性，还需要对各过程参数进行精细的校正和反馈，采用可视化技术，例如建立三维动态仿真系统。
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
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。
deform11.0实施例
deform11.0实施例
DEFORM 11.0是一款专业的金属成型仿真软件，它可以模拟金属加工过程中的各种现象，为工程师提供优化工艺方案的依据。
下面是一个DEFORM 11.0实施例，以演示如何模拟落料拉伸成形过程：
1. 打开DEFORM 11.0软件，创建一个新的项目。
2. 在项目浏览器中，双击“材料”节点，添加所需的金属材料属性，如密度、弹性模量、泊松比等。
3. 双击“几何”节点，创建一个拉伸件的3D模型。
可以使用软件内置的绘图工具或导入现有的CAD文件。
4. 在“工艺”节点下，设置拉伸工序的参数，如拉伸方向、拉伸速度、摩擦系数等。
5. 双击“分析”节点，启动仿真分析。
DEFORM 11.0将根据设定的工艺参数，模拟拉伸过程中的应力、应变、厚度分布等变化。
6. 分析完成后，查看结果。
软件会自动生成各种分析报告，包括最大应力、最小厚度、成形极限等。
7. 根据分析结果，优化工艺参数，如调整拉伸速度、增加润滑等，以提高成形质量。
8. 若需进一步优化，可以重复步骤5和6，直至达到满意的成形效果。
9. 最后，将优化后的工艺方案应用于实际生产，以提高金属拉伸成品的质量。
这个实施例仅是DEFORM 11.0软件应用的一个简要概述。
实际上，DEFORM 11.0还具备丰富的功能，可以模拟多种金属成型工艺，为工程师提供全面的工艺优化解决方案。
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。
注塑成型过程仿真模拟
注塑成型过程仿真模拟注塑成型过程仿真模拟注塑成型是一种常用的塑料加工方法，通过在模具中加热和压力的作用下，将熔融的塑料材料注入模具中，形成所需的产品形状。
然而，在实际生产中，由于材料和工艺的复杂性，注塑成型过程中常常会出现一些问题，如产品缺陷、模具磨损等。
为了解决这些问题，提高生产效率和产品质量，注塑成型过程仿真模拟应运而生。
注塑成型过程仿真模拟是利用计算机技术对注塑成型过程进行数字化模拟和分析的方法。
通过建立注塑成型的数学模型，并运用计算流体力学和有限元分析等方法，可以模拟和预测材料的流动、温度分布、变形等情况，从而优化模具设计和工艺参数，提高生产效率和产品质量。
注塑成型过程仿真模拟的基本流程包括几何建模、网格划分、物理参数设定、边界条件设定、数值计算和结果分析等步骤。
首先，根据实际产品的几何形状，利用计算机辅助设计软件进行三维几何建模。
然后，将几何模型转化为计算所需的网格模型，即将几何体划分为无数小的单元格，以便进行数值计算。
接下来，根据材料的物理参数，设定模拟过程中的温度、压力、速度等参数，并确定边界条件，如模具表面的温度和压力。
然后，利用数值方法对模型进行计算，得出模拟结果。
最后，对模拟结果进行分析，评估模具设计和工艺参数的合理性，并根据需求进行优化。
注塑成型过程仿真模拟具有多方面的优势。
首先，它可以提前发现和解决注塑成型过程中可能出现的问题，如翘曲、热应力、气泡等缺陷，从而避免因产品缺陷导致的生产损失。
其次，它可以优化模具设计和工艺参数，提高生产效率和产品质量。
再次，它可以减少试模次数，节省原材料和时间成本。
此外，注塑成型过程仿真模拟还可以提供详细的数值结果和可视化的模拟图像，为工程技术人员提供参考和决策依据。
总之，注塑成型过程仿真模拟是一种有效的工具，可以帮助企业解决注塑成型过程中的问题，提高生产效率和产品质量。
随着计算机技术的不断发展和成熟，注塑成型过程仿真模拟将会得到更广泛的应用和推广。
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 。
单击此处添加小标题
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。
单击此处添加小标题
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。
材料成形过程计算机建模与仿真 教学大纲
材料成形过程计算机建模与仿真一、课程说明课程编号：080109Z10课程名称（中/英文）：材料成形过程计算机建模与仿真/ Computer Modeling & Simulation of Material Forming Process课程类别：专业选修课学时/学分：40/2.5 （其中实验学时：8,课内上机学时：0）先修课程：有限单元法适用专业：机械设计制造及其自动化教材、教学参考书：材料成形过程数值模拟（2009年9月第1版第1次印刷）,傅建、彭必友、曹建国,化学工业出版社，2009二、课程设置的目的意义本课程结合材料常用成形方法(铸造、冲压、锻造、焊接等)介绍了数值模拟的基本概念、原理、技术、方法和应用，内容主要包括：有限元与有限差分法基础、金属铸造、冲压、锻压、焊接等成形数值模拟所涉及的相关理论、数值方法、实现过程、应用案例等。
材料成型过程计算机仿真是机械工程系主要学科方向之一。
模拟与仿真已成为研究材料成型过程的重要方法和手段。
本课程重点介绍材料加工中典型过程和现象计算机仿真的基本方法，并通过结合实际工程问题的上机实践使学生既掌握材料加工计算机模拟与仿真的基本技能与方法，又能了解学科发展动态，跟踪学科前沿，开阔思路，活跃思维，培养和提高本科生的创新意识。
三、课程的基本要求通过本课程的学习，学生应达到如下要求：1)掌握有限元单元法、有限差分法的基本原理；2)掌握采用有限单元法、有限差分法进行材料成形数值模拟分析的一般步骤；3)熟练使用MARC软件进行冲压、锻造、焊接、轧制等过程的计算机仿真。
本课程以课堂讲授为主，并安排上机实验。
采用多媒体教学以便于学生直观理解。
课堂讲授时，应注意形象地讲解抽象概念。
要布置适当作业以帮助学生理解和巩固已学知识。
四、教学内容、重点难点及教学设计注：实践包括实验、上机等五、实践教学内容和基本要求实验目的：1)掌握有限元分析软件MARC进行金属加工过程数值模拟的基本操作2)了解金属拉伸、冲压、锻压、热轧等过程建模的一般方法实验内容：1)采用MARC软件建立几何模型和网格离散实验2)采用MARC软件对金属冲压或拉伸过程的数值模拟3)采用MARC软件对金属锻压或轧制过程的数值模拟4)采用MARC软件对金属焊接成型或传热过程的数值模拟六、考核方式及成绩评定七、大纲主撰人：，大纲审核人：。
压瓦机成型过程仿真与过程控制
压瓦机成型过程仿真与过程控制压瓦机成型过程仿真与过程控制压瓦机是一种常用于建筑工程中的设备，用于制造各类压瓦。
在传统的生产中，通过人工操作压瓦机，存在一些不确定性，例如成型质量的稳定性和自动化水平的不高。
因此，研究如何使用仿真和过程控制来提高压瓦机的成型效果具有重要的意义。
一、压瓦机成型过程仿真技术的应用1. 概述压瓦机成型过程仿真技术是指通过计算机模拟的方式，对压瓦机的各个环节进行模拟和分析，以获得最佳的成型效果。
通过仿真可以提前察觉到潜在的问题，并采取相应的措施进行改进。
2. 成型过程仿真的步骤（1）建立模型：将压瓦机各个部件的几何形状、材料特性、物理参数等输入到计算机中，建立模型。
（2）计算力学行为：根据模型，利用有限元分析等数学方法计算力学行为，例如应力分布、变形情况等。
（3）仿真分析：根据计算结果，进行仿真分析，发现潜在问题并进行改进。
（4）结果评估：对仿真结果进行评估，与实际数据进行对比，评估仿真的准确性和可靠性。
3. 仿真技术的优势（1）提高成型效率：通过模拟和优化，可以降低试错成本，减少原材料的浪费，并提高生产效率。
（2）改进产品质量：通过仿真，可以分析成型过程中的缺陷，并采取相应的措施进行改进，从而提高产品质量和稳定性。
二、过程控制对压瓦机成型效果的影响1. 过程控制的重要性压瓦机的成型过程中，通过过程控制可以实现对成型参数的调节和控制。
合理的过程控制可以提高成型效率，降低产品的次品率。
2. 过程控制的关键因素（1）温度控制：合理控制成型过程中的温度，可以避免材料的热膨胀和热收缩，从而提高成型质量。
（2）压力控制：通过调节压瓦机的压力，可以控制成型材料的流动性，从而获得更好的成型效果。
（3）速度控制：合理控制成型过程中的速度，可以避免材料流动不均匀，从而提高成型质量。
三、压瓦机成型过程仿真与过程控制的应用案例以某压瓦机的成型过程为例，通过仿真与过程控制，提高压瓦机的生产效率和成型质量。
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著名有限元分析软件
ABAQUS：大型有限元软件,广泛模拟性能,杰出的非线性分析 能力
Laboratory of Materials Numerical Simulation 2008/10
有限元法的优点
由于单元形状具有多样性，使用有限元法处理任何材料模型，任意的边 界条件，任意的结构形状，在原则上一般不会发生困难。材料的塑性加 工过程，基本上可以利用有限元法进行分析，而其它的数值方法往往会 受到一些限制。
3
成型过程数值分析方法的功能
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。
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。
预测塑性成形过程顺利进行所需的成形力及能量，为 正确选择加工设备和进行模具设计提供依据。
有限元法能考虑多种外界因素对变形的影响，如温度、 摩擦、工具形状、材料性质不均匀等。除边界条件和 材料的热力学模型外，有限元的求解精度从理论上看 一般只取决于有限元网格的疏密。
利用有限元进行数值分析可以获得成形过程多方面的 信息，如成形力、应力分布、应变分布、变形速率、 温度分布和金属的流动方向等。
能够提供塑性成形过程中变形的详细信息（应力应变场、速度场、温度 场、网格畸变等），为优化成形工艺参数及模具结构设计提供详细而可 靠的依据。
虽然有限元法的计算精度与所选择的单元种类，单元的大小等有关，但 随着计算机技术的发展，有限元法将提供高精度的技术结果。
用有限元法编制的计算机程序通用性强，可以用于求解大量复杂的问题， 只需修改少量的输入数据即可。
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有限元法的基本原理
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。
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有限元法的基本原理（二）
它对问题的性质、物体的形状和材料的性质几乎没有 特殊的要求，只要能构成与有限个离散点相关的总体 方程就可以按照有限元的方法求解。
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。
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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。
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由于计算过程完全计算机化，既可以减少一定的试验工作，又可直接与 CAD/CAM实现集成，使模具设计过程自动化。
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模拟塑性加工过程的有限元法
弹塑性有限元法 刚塑性有限元法 刚粘塑性有限元法
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塑性加工过程数值模拟
上机实验
材料模拟仿真实验室 贠冰
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主要内容
数值模拟的有限元法简介 实验室简介 上机实验软件Ansys简介 上机实验内容及操作步骤 上机分组
Laboratory of Materials Numer加工过程的 有限元法