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第一章 概论 1

1.1 引言 1

1.2 塑性加工模拟的目标和任务 2

1.3 锻造过程的数值模拟技术 3

1.4 锻造过程的物理模拟技术 4

1.5 数值模拟与物理模拟的关系 5

参考文献 6

第二章 塑性有限元法基础 8

2.1 塑性加工分析系统 8

2.1.1 系统考虑的影响因素 8

2.1.2 塑性加工分析系统模型 9

2.2 塑性成形解析及数值分析方法 10

2.2.1 一般解析计算法 10

2.2.2 有限元数值分析法 11

2.3 刚粘塑性有限元法理论 14

2.3.1 金属热成形中的粘性问题 14

2.3.2 刚粘塑性有限元列式 16

2.3.3 四节点四边形等参单元 20

2.3.4 局部网格节点重定位技术 22

2.4 锻造过程中的热力耦合分析基础 25

2.4.1 热传导有限元列式 26

2.4.2 变形和传热过程的耦合技术 29

2.5 塑性有限元中的摩擦模型 30

2.6 分析模型简化 32

2.6.1 平面问题 32

2.6.2 轴对称问题 33

参考文献 33

第三章 锻造成形数值模拟软件介绍 35

3.1 锻造成形数值模拟的实质 35

3.2 锻造成形数值模拟的准备工作 36

3.3 通过数值模拟可以获得的结果 37

3.4 常用软件介绍 39

3.4.1 DEFORM软件介绍 40

3.4.2 QFORM软件 43

3.4.3 FORGE软件 45

3.4.4 ABAQIJS软件 49

参考文献 51

第四章 锻造成形的模拟实例 52

4.1 轴对称件成形2D模拟 52

4.1.1 模型简化及模拟初始条件设置 52

4.1.2 模拟过程分析 62

4.1.3 模拟结论 65

4.2 汽车曲轴成形过程的3D模拟 66

4.2.1 模具结构对汽车曲轴成形性的影响 67

4.2.2 预锻连皮对汽车曲轴成形性的影响 73

4.2.3 预锻热力耦合模拟分析 76

4.2.4 曲轴模锻生产试验验证 80

4.3 汽车转向节成形过程的数值模拟及优化 81

4.3.1 模型简化及模拟初始条件设置 82

4.3.2 方案一的模拟分析 82

4.3.3 方案二的模拟分析 84

4.4 汽车轮毂锻造成形过程模拟及优化 86

4.4.1 奥迪铝合金车轮出现的缺陷 88

4.4.2 奥迪铝合金车轮预锻成形缺陷模拟分析 89

4.4.3 奥迪铝合金车轮终锻成形缺陷模拟分析 90

4.4.4 成形缺陷一因素矩阵 92

4.5 齿轮闭塞式锻造成形过程模拟及优化 92

4.5.1 温度对齿轮成形性的影响 93

4.5.2 模具结构对齿轮成形性的影响 95

4.5.3 连皮对齿轮成形性的影响 99

4.5.4 结论 100

4.6 热成形模具磨损的模拟及模具寿命预测 100

4.6.1 模型简化及模拟初始条件设置 102

4.6.2 终成形凸模磨损的模拟分析 103

4.6.3 模具磨损对寿命的影响分析 107

4.6.4 凸模磨损研究结论 109

4.7 锻造过程多因素动态热力耦合仿真 110

4.7.1 锻造过程中多因素归纳……11O 110

4.7.2 主要的参数设置 110

4.7.3 模拟的结果讨论 111

4.8 大型模锻件锻造成形过程模拟 113

4.8.1 终锻件以及终锻模的设计 113

4.8.2 预锻件的设计及模拟优化 114

4.8.3 制坯件的设计及模拟 116

4.9 大型锻件自由锻成形模拟实例 119

4.9.1 大型钢锭镦粗 119

4.9.2 空洞疏松缺陷闭合过程模拟 122

4.9.3 中心压实工艺模拟 125

4.9.4 不对称V形砧锻造工艺模拟 126

参考文献 127

第五章 锻造过程中的微观组织模拟技术 129

5.1 引言 129

5.2 热锻过程中金属力学性能变化和微观组织演化特征 130

5.2.1 一般描述 130

5.2.2 转子钢26Cr2Ni4MoV的热锻力学性能与晶粒度演化规律 132

5.2.3 钛合金TC4超塑性变形力学性能以及微观组织变化 140

5.3 用于热锻宏微观耦合模拟的热粘塑性本构关系 142

5.3.1 引言 142

5.3.2 热锻用经验本构关系 144

5.3.3 考虑三种变形机制的超塑性本构关系 145

5.3.4 包含动态再结晶的热粘塑性本构关系 146

5.4 热锻过程中微观组织模拟参数识别 150

5.4.1 参数识别方法 150

5.4.2 参数识别的算例 152

5.5 热锻过程中微观组织模拟用的有限元软件功能 153

5.6 热锻过程中微观组织模拟实例 154

5.6.1 圆柱体热压缩试验 154

5.6.2 上下对称V砧拔长工艺 156

5.6.3 FMV砧拔长工艺 158

5.6.4 镁合金反挤压 162

5.6.5 TC4钛合金零件超塑成形中晶粒长大过程模拟 164

参考文献 169

第六章 锻造成形过程的物理模拟 171

6.1 物理模拟技术简介 171

6.2 塑性成形过程的物理模拟技术 171

6.2.1 物理模拟的相似性 171

6.2.2 实验用模拟材料 173

6.2.3 物理模拟实验方法 175

6.3 模拟实例 179

6.3.1 凸模形状对挤压过程金属变形流动行为影响研究 179

6.3.2 TiAl基合金的等温压缩流变特性研究 180

6.3.3 带孔圆柱体镦粗过程模拟 182

6.3.4 模锻过程的光塑性模拟 183

参考文献 186