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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。
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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。
? 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 。
? 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。
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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? 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。
? 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。
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
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? 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。
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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。
? 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。
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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
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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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? 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 。

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塑性成型过程数值模拟的必要性
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塑性加工过程 的有限元法
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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。
? 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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