材料成形过程模拟仿真11
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%
HyperWorks复合材料仿真优化技术及应用
HyperWorks复合材料仿真优化技术及应用 复合材料以其比强度、比模量高，耐腐蚀、抗疲劳等优点，在工业界得到了越来越多的应用。特别是在航空航天方面，由于钢铁和有色合金很难满足日趋苛刻的重量、力学等设计性能要求，复合材料更是得到了广泛的应用。波音787和A350飞机的复合材料用量都超过50%，同时也在研发过程中面临许多重大挑战，除了大量的小样件和部段试验件的试验测试，仿真优化技术也是解决各种技术难题，缩短研发周期的重要技术手段。 Altair 公司是世界领先的工程设计技术开发者，旗舰产品HyperWorks软件包含了HyperMesh、OptiStruct、RADIOSS、MotionView、HyperStudy等著名模块，是全球领先的企业级产品创新解决方案。过去10年，Altair公司投入巨大的人力物力，跟航空工业界紧密合作，基于HyperWorks软件平台，开发了复合材料建模、仿真、优化、可视化后处理等技术，目前已经在空客和波音等公司得到大量应用。 复合材料建模技术 HyperMesh是目前世界上最著名的CAE前处理软件，提供了无与伦比的建模功能和最广泛的CAD和CAE 软件接口。针对复合材料，HyperMesh提供了专业的复合材料前处理模块HyperLaminate，具有直观便捷的用户界面（如图1所示），可以快速地对复合材料模型进行创建、检查和编辑，直观定义每一铺层的厚度、角度及材料属性（纤维及基体），定义各种复合材料失效准则等。 HyperMesh支持ply+stack的复合材料铺层定义方式，即定义出各复合材料物理铺层的范围（用单元集表示），一个物理铺层对应一个ply卡片，然后通过stack卡片把各个ply按次序层叠起来，形成完整的层合板。例如，复合材料T型长桁与蒙皮胶接结构可以通过图2所示的方法来定义。
工程材料与材料成型技术教案
教案 （理论课） 2010～2011学年第2学期 课程名称工程材料与成形技术基础教学系机械工程系 授课班级焊接091 主讲教师晏丽琴 职称讲师
培黎工程技术学院二○一一年二月课程基本情况
系主任：年月日 目录 第一章绪论 第一节材料加工概述 一、材料加工概述 二、材料加工的基本要素和流程 第二节材料成形的一些基本问题和发展概况 一、凝固成形的基本问题和发展概况 二、塑性成形的基本问题和发展概况 三、焊接成形的基本问题和发展概况 四、表面成形的基本问题和发展概况 第三节本课程的性质和任务 绪论 学习思考问题 ·材料加工的基本要素和流程是什么？ ·材料成形存在的基本问题是什么? ·本课程的性质和基本任务是什么? 一、材料加工概述 任何机器或设备，都是由许许多多的零件装配而成的。这些零件所用材料有金属材料，也有非金属材料。零件或材料的加工方法多种多样，归纳起来有以下4类： (1)成形加工：用来改变材料的形状尺寸，或兼有改变材料的性能。主要有凝固成形、塑性成形、焊接成形、粉末压制和塑料成形等。 (2)切除加工：用于改变材料的形状尺寸，主要有车、铣、刨、钻、磨等传统的切削加工，以及直接利用电能、化学能、声能、光能进行的特殊加工，如电火花加：[、电解加工、超声加工和激光加工等。 (3)表面成形加工：用来改变零件的表面状态和(或)性能，如表面形变及淬火强化、化学热处理、表面涂(镀)层和气相沉积镀膜等。
(4)热处理加工：用来改变材料或零件的性能，如退火、正火、淬火和回火等。 根据零件的形状尺寸特征、工作条件及使用要求、生产批量和制造成本等多种因素，选择零件的加工方法，以达到技术上可行、质量可靠和经济上合理。零件制成后再经过检验、装配、调试，最终得到整机产品。 二、材料加工的基本要素和流程 材料加工方法的种类虽然繁多，但通过对每种材料加工方法的过程分析表明，它们都可以用建立在少数几个基本参数基础上的统一模式来描述。该模式便于对各种加工方法进行综合分析和横向比较。 任何一种材料的加工过程，都是为了达到材料的形状尺寸或性能的变化。而为了产生这种变化，必须具备三个基本要素：材料、能量和信息（图1.2）。因而材料的加工过程，可以用相关材料流程、能量流程和信息流程来描述。 三大流程： 1.材料流程 表征加工过程特点的类型； 要改变形状尺寸和性能的材料状态； 能够用来实现这种形状尺寸和性能变化的基本过程； 2.能量流程 包括机械过程的能量流程，热过程能量：电能、化学能、机械能 3.信息流程 形状信息、性能信息
ANSYS复合材料仿真分析及其在航空领域的应用
ANSYS复合材料仿真分析及其在航空领域的应用 复合材料，是由两种或两种以上性质不同的材料组成。主要组分是增强材料和基体材料。复合材料不仅保持了增强材料和基体材料本身的优点，而且通过各相组分性能的互补和关联，获得优异的性能。复合材料具有比强度大、比刚度高、抗疲劳性能好、各向异性、以及材料性能可设计的特点，应用于航空领域中，可以获得显著的减重效益，并改善结构性能。目前，复合材料技术已成为影响飞机发展的关键技术之一，逐渐应用于飞机等结构的主承力构件中，西方先进战斗机上复合材料使用量已达结构总重量的25%以上。飞机结构中，复合材料最常见的结构形式有板壳、实体、夹层、杆梁等结构。板壳结构如机翼蒙皮，实体结构如结构连接件，夹层结构如某些薄翼型和楔型结构，杆梁结构如梁、肋、壁板。此外，采用缠绕工艺制造的筒身结构也可视为层合结构的一种形式。一.复合材料设计分析与有限元方法复合材料层合结构的设计，就是对铺层层数、铺层厚度及铺层角的设计。采用传统的等代设计（等刚度、等强度）、准网络设计等设计方法，复合材料的优异性能难以充分发挥。在复合材料结构分析中，已经广泛采用有限元数值仿真分析，其基本原理在本质上与各向同性材料相同，只是离散方法和本构矩阵不同。复合材 料有限元法中的离散化是双重的，包括了对结构的离散和每一铺层的离散。这样的离散可以使铺层的力学性能、铺层方向、铺层形式直接体现在刚度矩阵中。有限元分析软件，均把增强材料和基体复合在一起，讨论结构的宏观力学行为，因此可以忽略复合材料的多相性导致的微观力学行为，以每一铺层为分析单元。二.ANSYS复合材料仿真技术及其在航空领域应用复合材料具有各向异性、耦合效应、层间剪切等特殊性质，因此复合材料结构的精确仿真，已成为现代航空结构的迫切需求。许多CAE程序都可以进行复合材料的分析，但是大多程序并没有提供完备的功能，使复合材料的精确仿真难以完成。如有些程序不提供非线性分析能力，有些不提供层间剪切应力的求解能力，有些不提供考虑材料失效破坏继续计算能力等等。ANSYS作为一款著名的商业化大型通用有限元软件，广泛应用于航空航天领域，为飞机结构中的复合材料层合结构分析提供了完整精确的解决方案。1.复合材料的有限元模型建立针对飞机结构中的复合材料层合板、梁、实体以及加筋板等结构类型，ANSYS提供一种特殊的复合材料单元———层单元，以模拟各种复合材料，铺层数可达250层以上，并提供一系列技术模拟各种复杂层合结构。复合材料层单元支持非线性、振动特性、热应力、疲劳断裂等各种结构和热的分析功能和算法。2.复合材料的层合结构定义：■铺层结构：ANSYS对于每一铺层可先定义材料性质、铺层角、铺层厚度，然后通过由下到上的顺序逐层叠加组合为复合材料层合结构；也可以通过直接输入材料本构矩阵来定义复合材料性质。■板壳和梁单元截面形状：ANSYS利用截面形状工具可定义矩形、I型、槽型等各种形式；还可以定义各种函数曲线以模拟变厚度截面。3.特殊层合结构的模拟：?变厚度板壳铺层切断：将切断的某铺层厚度定义为零，即可模拟铺层切断前后的板壳实际形状。（图1上）?不同铺层板壳的节点协调：ANSYS板壳层单元的节点均可偏置到任意位置，使不同铺层数板壳的节点在中面或顶面、底面对齐。（图1下）?蜂窝/泡沫夹层结构：ANSYS通过板壳层单元来模拟夹层结构的特性，夹层面板和芯子可以是不同材料。（图2）?板－梁－实体组合结构：ANSYS将实体、板壳与梁等不同类型单元通过MPC技术相联系，各类单元的节点不需要重合并协调，便于飞机等复杂结构模型的处理。4.复合材料有限元模型的检查：复合材料结构模型建立后，可以将板壳和梁单元显示为实际形状，还可以通过图形显示和列表直观地观察铺层厚度、铺层角度和铺层组合形式，方便模型的检查及校对。（图3）5.复合材料层合结构分析ANSYS层单元支持各种静强度刚度、非线性、稳定性、疲劳断裂和振动特性等结构分析。完成分析后，可以图形显示或输出每个铺层及层间的应力和应变等结果（虽然一个单元包含许多铺层），根据这些结果可以判断结构是否失效破坏和满足设计要求。6.复合材料失效准则ANSYS已经预定义了三种复合材料破坏准则来评价复合材料结构安全性，包括最大应变/应力失效准则，蔡－吴（Tsai-Wu）准则。每种强度准则均可定义与温度相关，考虑不同温度下的材料性能。另外，用户也可自定义最多达六种的
第二章 压电复合材料有限元分析方法 (恢复)
第二章压电复合材料有限元分析方法 2.1 1—3型压电复合材料常用的研究方法 第一、理论研究，包括利用细观力学和仿真软件进行数值分析的方法。人们对1-3型压电复合材料宏观等效特征参数进行研究时，从不同角度出发采用了形式多样的模型和理论，其中夹杂理论和均匀场理论具有代表性。夹杂理论的思想是，从细观力学出发，将1-3形压电复合材料的代表性体积单元（胞体）作为夹杂处理。求解过程中，使用的最著名的两个模型为：Dilute模型和Mori-Tanaka模型。夹杂理论的优点是其解析解能较好地反映材料的真实状况，解精度较高；缺点是其解题和计算过程烦琐，有时方程只能用数值方法求解。均匀场理论的思想是基于均匀场理论和混合定律，同时借助1-3型压电复合材料的细观力学模型导出其宏观等效特征参数。其基本的研究思路是：假设组成复合材料的每一相中力场和电场均匀分布，结合材料的本构方程得到1-3型压电复合材料的等效特征参数。Smith，Auld采用此理论研究了1-3型压电柱复合材料的弹性常数、电场、密度等等效特征参数。Gordon，John采用此理论研究了机电耦合系数、耗损因子、电学品质因子等等效特征参数。Bent, Hagood和Yoshikawa等基于此理论对交叉指形电极压电元件等效特征参数进行了研究。均匀场理论优点在于物理模型简单，物理概念清晰，计算也不复杂，并具有相当的精度和可靠性；不足在于其假设妨碍了两相分界面上的协调性。有限元作为一种广泛应用于解决实际问题的数值分析方法，将其引入压电复合材料研究中具有重要的意义。John，Gordon等用有限元方法分析了1-3型压电柱复合材料中压电柱为方形柱、圆形柱、二棱柱时的力电耦合系数及其波速特性，得到了压电柱在几何界面不同的情况下的等效力电耦合系数及等效波速曲线。 第二、实验研究。Helen，Gordon等对1-3型压电复合材料的宏观等效特征参数进行了理论和实验研究，结果表明两者符合良好；LVBT等运用了1-3型压电复合材料进行了声学方面的控制取得了良好的效果；John，Bent等对压电纤维复合材料的性能进行了深入的研究，结果显示压电纤维复合材料在高电场、大外载荷环境下具有优良的传感和作动性能。参数辨识研究是试验研究中重要的一种方法，基本思路是：分析1-3型压电纤维复合材料的响应特性，从中得到其等效宏观的模态和弹性波的传播特性参数。Guraja，Walter等采用的就是这种方法，他们研究了1-3型压电纤维复合材料薄板、厚板、变截面板的响应特性，得到了其相应的声波传播速度c，频率f,机械品质因素Q等参数的表达式，为1-3型压电纤维复合材料在超声波方面的应用提供了依据。 综合对比以上的研究方法，夹杂理论得出的结果比较接近实际结果，但是计算烦琐，而且对于高体积百分比的复合材料其计算结果跟实际相差较大；均匀场理论计算较为简单，但是模糊了两相材料之间的界面作用；实验研究方法是最接近实际的一种方法，但是由于实验条件、测试技术等一系列因素的制约使其不能广泛应用十实际中。由于交叉指形电极压电复合材料的复杂性，利用上面提到的夹杂理论和均匀场理论的方法，很难得到压电元件整体模型的性能状况。而数值研究有限元法，利用先进的分析软件ANSYS进行压电复合材料性能分析，可以超越目前现有的生产工艺和测试技术水平得到比较准确的分析结果，又可以减小压电元件的设计周期，减少实验制作压电元件的材料浪费和设备损耗。 2.2 有限元分析方法概述 有限元法（又称为有限单元法或有限元素法）是利用计算机进行数值模拟分析的方法。诞生于20世纪50年代初，最初只应用于力学领域中，现在广泛应用于结构、热、流体、电磁、声学等学科的设计分析及优化，有限元计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的
塑性成形过程的数值模拟汇总
实验报告 塑性成型过程的数值模拟 班级：机自07 姓名：欧阳罗辉 学号：10011170 2012年12月
一、实验目的： 通过本实验的教学，使学生基本掌握有限元技术在板料塑性成形领域的应用情况，拓宽学生的知识面，开阔视野，使学生对塑性成形过程的数值模拟技术有深刻的理解，预测板料弯曲成形的性能。 二、教学基本要求： 学会使用Dynaform数值模拟软件进行板料弯曲成形过程的仿真模拟，对模拟结果具有一 定的分析和处理能力。 三、实验内容提要： 掌握前处理的关键参数设置，如零件定义、网格划分、模型检查、工具定义、坯料定义、 工具定位和移动、工具动画、运行分析。了解后处理模块对模拟结果的分析，如读入d3plot 文件、动画显示变形和生成动画文件、成形极限图分析、坯料厚度变化分析等。 四、软件操作过程: 1. 导入压边圈、板料、下模板、上模板图形文件 点击File —Import，出现Import File 对话框，找到“ L型弯曲零件图” 选中binder.igs,点击Import，如此，依次导入四个模型文件，最后点击“确定”确认
四个模型导入后，结果如图 2. 重命名文件 点击PartLEdit ，出现Edit Part 对话框，这里便要依次更改文件名 首先选用红色文件名“ cOOIvOOO 1 ”，在上面的Name 对话框中输入binder ，然后点击 Modify ，以此类推输入 banker 、die 、punch 。 Edit Part 3. 对各图形文件划分有限元网格 1. Binder 零件网格划分
n 点击口图标，出现Part Turn。。。对话框，依次单击banker 2, die 3, punch 4,它们都会被取消选中，只留下binder 1被显示，点击0K确定。然后点击右下角的Current Part，弹出Current Part对话框，选择binder 1，点击OK确定。 点击Preproces L Element，弹出Element对话框，选择Part Turn On/Off Select by Cursor 第四个图标（自动模式），将Max Size改为10，点击Select Surfaces点击Displayed Surf，点击OK，点击Apply，点击Yes,点击Exit，点击OK，于是第一个零件网格划分完 成。 2. Banker零件网格划分 n 点击i□图标，取消Binder 1零件的显示，添加Banker 2 Select Dy Name All On |AllOfi OK Undo F Only SeledOn 零件的显示，点击OK确定。然后点击右下角的Current Part图标，将当前零件选成Banker 2, 点击OK确定。 点击Preproces A Element,弹出Element对话框，选择第三个图标，弹出Control Keysto ne对话框，点击POINTS/NODES，弹出In put Coo。。。对话框，选中Poi nt,然后在绘图区沿顺时针或者逆时针方向依次选中Ba nker零件的四个顶点，如下图所示
ABAQUS复合材料仿真到底有多强
ABAQUS 复合材料仿真到底有多强 复合材料具有制造工艺简单、重量轻、比强度高、比刚度大、耐腐蚀等特点，因而其在航空航天、汽车、船舶等领域，都有着广泛的应用。复合材料的大量应用对分析技术提出新的挑战。 Abaqus 针对复合材料的应用有许多独特的优势，包括前后处理建模、静强度分析（包括稳定性分析）、热分析、碰撞分析、失效分析、以及断裂分析等。 一、复合材料固化成型复合材料热固化的过程，可以认为是复合材料预浸料经历一系列温度变化的热固耦合过程。典型的温度变化过程为：由室温升温30分钟到185C,保持1个小时，继续升温到195C,保持2个小时，然后降温到70C以下。整个过程可以采用热固耦合分析，由于基体材料和纤维增强材料的热膨胀系数不一样，一系列的温度变化导致热应力产生，致使结构发生翘曲变形。 下图表示的是采用Abaqus 中的热固耦合功能分析某复合材料结构在热固化后结构发生变形。二、复合材 料后屈曲行为模拟 许多情况下复合材料层合板的屈曲以及后屈曲 行为是要重点考虑的。Abaqus/Standard 中Buckling 和Riks 分析步能够很好的模拟屈曲行为。三、Abaqus 中复合材料的失效准则和损伤模型 Abaqus 中的复合材料失效准则主要有：
U MSTRS 最大应力理论失效准则 U TSAIH Tsai -Hill 理论失效准则 U TSAIW Tsai -Wu 理论失效准则 U AZZIT Azzi -Tsai-Hill 理论失效 准则 U MSTRIN 最大应变理论失效准则 四、Abaqus 中复合材料分层破坏的模拟 复合材料的分层破坏是很严重的失效形式。如何有效的模拟复合材料的分层破坏，是很重要的问题。Abaqus 中复合材料分层破坏的模拟有两种方式：VCCT （虚拟裂纹闭合技术） 和Cohesive 技术。虚拟裂纹闭合技术（VCCT ）VCCT 基于线弹性断裂力学的概念，通过计算不同形式裂纹尖端的能力释放率，与复合材料层间开裂的临界能量释放率相比较。 VCCT 与Abaqus 现有的单元、材料以及求解功能兼容；与网格无关的裂纹定义；只需要定义裂纹界面，无需定义裂纹开裂方向。 VCCT 可以用来确定结构的承载极限以及类似的典型航空复合材料结构的失效模式。Cohesive 技术 在Abaqus 中，采用cohesive 单元技术或基于cohesive 的接触技术来模拟复合材料的分层破坏以及胶结接头的连接。开始分离 分离后 采用Abaqus/Standard 模拟具有加强筋的蒙皮开裂。 五、Z-pin 增强复合材料的模拟 在Abaqus 中，使用VCCT 和cohesive 单元来模拟
材料成型计算机模拟(纯手工打造)
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。1 2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。1 3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。1 5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。2 15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。4 16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。5 17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。6 18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。6 19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。6 20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
复合材料ABAQUS分析___精讲版
复合材料Abaqus仿真分析——精讲版 本文以一个非常简单的复合材料层合板为例，应用Abaqus/CAE对其进行线性静态分析。一块边长为254mm的方形两层层合板，两层厚度均为2.54mm，第一层铺层角45°,第二层铺层角-45°；板的四边完全固支，板的上表面受到689.4kpa的压强。各单层的材料相同，材料属性如下： E1=276GPa，E2=6.9GPa，E3=5.2GPa，γ12=0.25，G12=3.4GPa，G13=3.4GPa，G23=3.4G。 定义模型的几何形状 创建一个具有平面壳体单元基本特征的三维变形体，在草图环境绘制板的几何形状如下图：
定义材料属性和局部材料方向 Create coordinate system
定义局部坐标系，对于像本例这样的简单几何体，本可以不用另外建立局部坐标系，但笔者还是在本例中用了局部坐标系，主要是考虑到以后再复杂问题中会经常用到这一方法。 创建铺层 或者使用菜单栏
此处使用全局坐标系
使用用户自定义坐标系 Rotation angle depends on the coordinate system defined by user. Par example, if x-axe in the user defined system is parallel to the direction of fiber; we should replace the angles by 0 and 90. 使用全局坐标系和局部坐标系的区别在下面这一步可以查看 如果使用全局坐标系，会有方向指示，如果使用用户自定义坐标系，在层中没有方向指示可以通过’工具——查询’来检查铺层（Tool ---- Q uery----ply stack plot） Case 1 全局坐标系
金属成型过程数值模拟
金属成型过程数值模拟 上 机 实 验 报 告 专业：材料成型及控制工程 班级：型0842 姓名： 姚守冠 学号：081841106 实验名称：中厚板二辊粗轧第一道轧制过程数值模拟仿真 指导教师：沈晓辉、杨森、曾国成等 上机实验时间： 2011年5月24日 报告完成日期：2011年6月1日 上机实验地点：教三507 金属塑性成型数值模拟系统：硬件配置 软件系统 MSC. Autoforge 3.1 一、实验原理（参考教材相关章节） 金属成型过程有限元分析的基本思想、计算步骤 MSC. Autoforge 功能简介、分析步骤 二、实验条件和要求 2参数与要求 2.1 上机题目 中厚板二辊粗轧第一道轧制过程数值模拟仿真 已知参数如下： 轧辊直径：840mm ，辊身长度：2500mm ，转速：80 rpm ； 轧件入口厚度：180mm ，宽度：1800mm ，长度：1000mm ； 轧制方式：纵轧，压下量：36mm （=?H H 20%）， 轧件材质：C22 开轧温度：1250℃（温度均匀）。
2.2 要求 用有限元法对轧制过程进行3-D 弹塑性力学分析，并给出以下结果： （1）最终轧制状态图 （2）分析轧件最大宽展量B ?（mm ）并给出稳定轧制时的相对宽展量%??B B ； （3）评估稳定轧制时的单位压力p （MPa ）； （4）打印轧制力随时间的变化图，并指出最大轧制压力max P （kN ）。 三、实验过程 1、有限元分析模型的建立（插图：图1 有限元分析模型图） 陈述建模过程，从进入主菜单开始，按顺序完成前处理的所有参数设置和 定义 3.1 文件操作 在开机后，进入分析系统前，先在D 盘下建立自己的文件夹。文件夹名必须为自己的学号，如你的学号为029014145，则文件夹名为029014145。建立的方法是在桌面上双击“我的电脑”，打开D 盘，建立新文件夹，然后将“新建文件夹”改为自己的学号。 3.2 进入分析系统 用鼠标双击桌面AutoForge 3.1 SP1图标，进入分析系统的主菜单，然后选择三维力学分析。 用鼠标左键点击3-D ANALYSIS 中按钮MECHANICAL 即可。进行上述操作后即进入三维力学分析的主菜单。
材料成型与加工技术
第一章绪论 制造业是提高国家工业生产率、经济增长、国家安全及生活质量的基础，是国家综合实力的重要标志。现如今我国制造业面临巨大挑战，因而加强材料成形加工技术与科学基础研究，大力采用先进制造技术，对国民经济的发展具有重要意义。 材料成形加工技术与科学既是制造业的重要组成部分，又是材料科学与工程的四要素之一，对国民经济的发展及国防力量的增强均有重要作用。“新一代材料精确成形加工技术”与“多学科多尺度模拟仿真”是现代两个重要学科研究前沿领域。高新技术材料的出现，将加速发展以“精确成形”及“短流程”为代表的材料加工工艺，包括：全新的成形加工方法与工艺，及传统成形加工方法的改进与工序综合。“模拟仿真”是产品计算机集成制造、敏捷制造的主要内容，是实现制造业信息化的先进方法。并行工程已成为产品及相关制造过程集成设计的系统方法，以计算机模拟仿真与虚拟现实技术为手段的虚拟制造设计将是先进制造技术的重要支撑环境。网络化、智能化是现代产品与工艺过程设计的趋势，绿色制造是现代材料加工技术的进一步发展方向。 面对市场经济、参与全球竞争，必须加强材料成形加工科学与技术的基础和应用研究。只有使用先进的材料加工技术，才能获得高质量产品的结构和性能，这些高性能的先进材料包括传统材料和新材料。发展材料成形加工技术对我国制造业以高新技术生产高附加值的优质零部件有积极作用，可扩大材料及制造范围、提高生产率、降低产品成本、增强企业国际竞争能力。 制造业在过去的几年中发生了巨大变化，而现代高科技及新材料的出现将导致材料成形加工技术的进一步发展与变革，出现全新的成形加工方法与工艺，传统加工方法不断改进并走向工艺综合，材料成形加工技术则逐渐综合化、多样化、柔性化、多科学化。
材料成型计算机模拟(纯手工打造)
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。1 2材料、能源和信息称为当代文明的三大支柱。1 3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。1 4材料的分类：性能和作用：结构材料和功能材料。1 5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。1 6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。1 8模型的应用领域：人口模型、环境模型、水资源模型、污染模型。1 9模型的特征：静态模型和动态模型、离散模型和连续性模型。1 10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。1 12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。1 13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。1 14金属型模具温度场的分析内容：前处理——求解——后处理。6 15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。6 17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。2 19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。2 20一维空间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： 1 21 2x 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。 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。 8有限差分法在材料成形领域的应用？ 答：1）材料加工中的传热分析——铸造成型过程的传热凝固，塑性成形中的传热，焊接成型中的传热；2）材料加工中的流动分析——铸件充型过程，焊接熔池的产生，移动，激光熔覆中的动量传递；3）应力分析。 9有限差分法差分原理？2 答 ： 函 数 y=f(x) 对 x 的 导 数 x x f x x f x y dx y x x ?-?+=??=→?→?) ()(d lim lim 00 向前差分：=?y f(x+ x ?)-f(x)； 向后差分：=?y f(x)-f(x- x ?)；中心差分：=?y f(x+ x ?21)-f(x x ?2 1) 10有限差分法二阶向前差分形式？2 答 [][][]) ()(2)2()()()()2() ()()()()y 2x f x x f x x f x f x x f x x f x x f x f x x f x f x x f y +?+-?+=-?+-?+-?+=?-?+?=-?+?=??=?（ 11有限差分法n 阶向前差分形式？2 答：
ESI复合材料工艺仿真解决方案
复合材料工艺仿真解决方案 ESI-ATE公司依托ESI集团强大的复合材料仿真产品，联合国内领先复合材料研究合作伙伴，并投入大量人员和精力进行了定制开发，形成了复合材料工艺仿真平台解决方案。 复合材料工艺平台是以复合材料设计和工艺流程为研究对象，它包括结构设计、铺层设计、工艺仿真、工艺优化等，并在此基础上对复合材料工艺流程进行仿真分析的系统。具体包括的软件有复合材料铺层设计Qui k for m，复合材料压力成形仿真PAM-FORM，复合材料RTM工艺仿真PAM-RTM，复合材料力学性能分析SYSPLY，热压罐工艺仿真PAM-AUTOCLAVE，复合材料优化工具PAM-OPT，复合材料破坏力学分析PAM-CRASH，另外还有复合材料数据库等。 如果力学性能满足要求，可应用PAM-OPT进行优化设计，得到最佳的铺层厚度和铺层角度、材料等的组合。还可以进行动力学分析。并按照设计铺层设计，应用PAMCRASH软件，进行碰撞、动载荷等高度非线性动力学分析。满足动力学设计，将进入到详细铺层设计，也就是虚拟试验环节。 虚拟设计阶段进行的强度校核是理想状态下的强度校核，没有考虑工艺对结构的影响。在虚拟试验阶段，从过渡区设计，剪角设计，到最后真实强度校核。 这里继承ESI集团软件的优势功能，即可以计算真实工艺对力学性能的影响。同时还对工艺参数进行了初步的验证。 虚拟制造包括三种工艺仿真，包括RTM工艺仿真、热压罐工艺仿真、缠绕工艺仿真，根据工艺需要，进行不同工艺仿真，工艺仿真结束之后，确定工艺参数和铺层参数。工艺参数通过CAPP传递到相关的工艺设备，铺层参数通过FIBERSIM/CPD输出铺层表，传到铺带机。 其中RTM工艺仿真采用PAM-RTM，而热压罐工艺仿真采用PAM-AUTOCLAVE，缠绕工艺采用CADWINDING。 QuikF ORM－复合材料铺层设计软件 Qui k FORM是ESI集团基于几何映射法开发的进行复合材料铺设和铺叠模拟的软件工具。 Qui k FORM可以模拟： ?铺设起点 ?铺层方向 ?铺层厚度 ?单向带宽度 并通过剪切角和纤维预拉力来判断铺设和铺叠的方式时候合理。 PAM-FORM——复合材料压力成型仿真软件 PAM-FORM是一个专用的工业软件，能够进行复合材料、塑料等非金属材料精确的压力及热成型模拟。包括叠层复合材料，塑料片材，织物，汽车地毯等的成型。PAM-FORM模拟整个成型过程，包括选择最合适的材料，最恰当的设计工具和最佳过程参数。作为这个领域唯一的软件，很多著名工业公司都利用PAM-FORM诉诸于模拟来优化他们的制造过程。
材料成形数值模拟概念
等以液态铸造成形，固态塑性成形和连续成形以及黏流态注射成形等为代表的材料加工工程。 将一个成形铸造过程定义为由一组控制方程加上边界条件构成的数学的有解的问题，是在计算机系统平台上利用数值方法仿真（虚拟）材料的成形过程。目的：帮助人们认识与掌握材料特性、成形方案、工艺参数等内在、外在因数对材料成形质量和工模具寿命 分）成有限个形状简单的子域单元②利用有限个节点将各子域连接起来，使其分别承受相应的等效节点载荷③借助子域插值函数和“平衡”条件构建各子域的物理场控制方程④将这些方程按规则组合⑤在给定的 载荷、建立边界初始条件②求解计算过程，内容：计算刚度曲线、节点位移、应变应力③后置处理过程， 件或曲面零件的一种冲压加工方法。②胀形：在模具作用下，迫使毛坯厚度减薄和表面积增大，以获得零件几何形状的冲压加工方法。③修边：指利用模具刃口切除拉深件上工艺补充部分材料的冲压加工方法。 ④翻边：指利用模具将板坯或制作上的内外边缘翻制成竖边的冲压加工方法。⑤弯曲：指在模具的作用下，将板料或板料局部按设计要求弯制成一定角度和一定曲率半径的冲压加工方法。⑥落料和冲孔：两者都是 利用模具刃口沿封闭轮廓曲线冲切毛坯而完成加工，落料获得平板零件或板坯， 具体有：①起皱缺陷模拟：起皱是薄板冲压成形中常见的缺陷之一，起皱严重到一定程度将使零件报废，仿真技术能较好地预测给定条件下冲压件可能产生的起皱，并通过修改模具或工艺参数予以消除。②拉裂：是冲压件成形失效的另一种形式，采用计算机仿真技术能够较为准确地计算材料在冲压成形中的流动情况，因而可较准确地预测变形体内的应变分布和板坯的减薄，为判断是否存在拉裂可能性提供科学、可靠的依据。③回弹：冲压成形件卸载后的回弹是不可避免的物理现象，冲压成形数值模拟技术的诞生为计算复杂冲压件的回弹提供了有 、①在UG 软件中生成零件模型，将生成零件另存为iges格式文件。②在Dynaform软件中点击菜单栏中的“文件”，出现下拉菜单，选择“导入”，弹出对话框，选择对象文件，点击“确定”。 2、零件网格划分：①打开后缀名为“.df“的零件，并设为当前零件。②点击菜单栏中“前处理”选择“单元”，弹出单元对话框。③点击对话框中“曲面网格化”，点击右上角“网格划分”按钮，弹出网格对话框。 ④在网格对话框中点击“选择曲面”，用十字光标点击曲面使之变白，点击确定。⑤点击“应用”，并接受自动网格划分结果即可。
ANSYS复合材料仿真分析
在ANSYS 中可以定义多种材料属性： 主菜单-> preprocesser -> Material Prop -> Material Models -> 打开Define Material Model Behavior 对话框 -> 顶部菜单中：Material -> New Model ... -> 弹出Define Material ID 对话框-> 定义更多的材料 ANSYS复合材料仿真分析 2009-05-23 23:31 复合材料，是由两种或两种以上性质不同的材料组成。主要组分是增强材料和基体材料。复合材料不仅保持了增强材料和基体材料本身的优点，而且通过各相组分性能的互补和关联，获得优异的性能。复合材料具有比强度大、比刚度高、抗疲劳性能好、各向异性、以及材料性能可设计的特点，应用于航空领域中，可以获得显著的减重效益，并改善结构性能。 目前，复合材料技术已成为影响飞机发展的关键技术之一，逐渐应用于飞机等结构的主承力构件中，西方先进战斗机上复合材料使用量已达结构总重量的25%以上。飞机结构中，复合材料最常见的结构形式有板壳、实体、夹层、杆梁等结构。板壳结构如机翼蒙皮，实体结构如结构连接件，夹层结构如某些薄翼型和楔型结构，杆梁结构如梁、肋、壁板。此外，采用缠绕工艺制造的筒身结构也可视为层合结构的一种形式。 一.复合材料设计分析与有限元方法 复合材料层合结构的设计，就是对铺层层数、铺层厚度及铺层角的设计。采用传统的等代设计（等刚度、等强度）、准网络设计等设计方法，复
合材料的优异性能难以充分发挥。在复合材料结构分析中，已经广泛采用有限元数值仿真分析，其基本原理在本质上与各向同性材料相同，只是离散方法和本构矩阵不同。复合材料有限元法中的离散化是双重的，包括了对结构的离散和每一铺层的离散。这样的离散可以使铺层的力学性能、铺层方向、铺层形式直接体现在刚度矩阵中。有限元分析软件，均把增强材料和基体复合在一起，讨论结构的宏观力学行为，因此可以忽略复合材料的多相性导致的微观力学行为，以每一铺层为分析单元。 二.ANSYS复合材料仿真技术及其在航空领域应用 复合材料具有各向异性、耦合效应、层间剪切等特殊性质，因此复合材料结构的精确仿真，已成为现代航空结构的迫切需求。 许多CAE程序都可以进行复合材料的分析，但是大多程序并没有提供完备的功能，使复合材料的精确仿真难以完成。如有些程序不提供非线性分析能力，有些不提供层间剪切应力的求解能力，有些不提供考虑材料失效破坏继续计算能力等等。ANSYS作为一款著名的商业化大型通用有限元软件，广泛应用于航空航天领域，为飞机结构中的复合材料层合结构分析提供了完整精确的解决方案。 1.复合材料的有限元模型建立针对飞机结构中的复合材料层合板、梁、实体以及加筋板等结构类型，ANSYS提供一种特殊的复合材料单元
数值模拟方法在材料成型中的应用
数值模拟方法在材料成型中的应用。 数值方法主要包括有限元法、边界元法和有限差分法。这类方法能够模拟金属成形过程，直观描述材料的变形流动状况，定量地计算出工件内部的应力、应变和温度分布状态，适用于分析非常复杂的成形过程。在各种数值模拟方法中，有限元法由于能够准确描述变形过程的物理特性，全面考虑各种初、边值条件的影响，对复杂边界具有较高的拟合精度，并且可以求出全部物理量，因此得到了最为广泛的应用。根据金属成形过程中材料本构关系的不同，有限元法可分为两大类[78]：一类是固体型塑性有限元法，包括小变形弹塑性有限元法和大变形弹塑性有限元法，另一类是流动性塑性有限元法，包括刚塑性有限元法和刚(粘)塑性有限元法。 建立有限元时所采用的方法，及把问题表述为变分形式或加权残差形式，再把该表述进行有限元离散化，并有效的求解所导出的有限元方程，最终结果是在计算机上实现了一个完整的数值处理过程：有限元矩阵的表述，用来计算这些矩阵的数值积分，把单元矩阵集合成相应于整个有限元系统的矩阵，以及系统平衡方程组的数值求解。弹塑性有限元法由Marcal和King于1967年首先提出[78],它同时考虑弹性变形和塑性变形，弹性区采用Hook定律，塑性区采用Prandtl.Reuss 方程和Mises屈服准则。采用弹塑性有限元法分析金属塑性成过程，不仅能按照变形路径得到塑性区的变化、工件的应力、应变分布规律和大小以及几何形状的变化，而且还能有效地处理卸载问题、计算残余应力和残余应变，从而可以进行回弹预测及缺陷分析。但是弹塑性有限元法由于要考虑变形历史的相关性，需要采用增量加载，在每一增量加载步中，都须作弹性计算来判断原来处于弹性区的单元是否已进入屈服，对进入屈服后的单元就要采用弹塑性本构关系，从而改变了单元刚度矩阵。为了保证精度和解的收敛性，每次加载不能使很多单元同时屈服，这就使得每次计算时的变形增量不能太大。对于大变形问题计算时间较长、效率较低。板料成形问题多采用弹塑性有限元法。 刚塑性有限元法由Lee和Kobayashi于1973年提出[78]。它不考虑弹性变形，采用Levy—Mises方程作为本构方程，满足体积不变条件，并采用率方程描述。变形后的构形是通过对速度积分而获得的，由此避开了有限变形中的几何非线性问题。刚塑性有限元法不需要求解应力增量，在每一增量加载步都直接求出应力，所以没有应力的误差累积。与弹塑性有限元法相比，可采用较大的增量步长，从而减少计算时间，提高计算效率。但是由于忽略了弹性变形，刚塑性有限元法仅适合于塑性变形区的分析，不能直接分析弹性区的变形和应力状态，也无法处理卸载问题和计算残余应力、残余应变及回弹。ZiekiewiCZ等[78]提出了刚(粘)塑性有限元法，考虑了时间因素，适用于分析金属在高温下的流动过程或某些对