材料成形與控制工程的案例
《材料成形計算機模擬》
【版次印次】 1 【ISBN書號】 7502438963
【開 本】 16開 【裝 幀】 平裝
【頁 數】 144
“材料成形計算機模擬”是一門將計算機和數值計算方法應用于材料成形過程基本規律研究的新興技術和課程。本書介紹了材料成形過程中數值模擬的基礎理論和研究方法，內容包括：有限差分法的基本原理，利用有限差分法計算材料成形過程溫度場的方法和應用；有限元法的基本概念、基本原理、求解過程及其在材料成形中的應用；剛塑性有限元法的基本原理和求解過程。在附錄中簡單介紹了有限元分析軟件ANSYS的特點和功能。書中附有復習思考題和必要的上機練習題。 本書在介紹材料成形過程計算機模擬基本原理和基本方法的同時，附有一定數量的應用實例和相關的計算機語言程序，注重應用能力的培養。本書可作為工科高等院校材料成形與控制工程及相關專業本科學生的教材，也可供科研和生產單位的工程技術人員學習和參考。
展開 『原創』申請《材料成形計算機模擬》
【版次印次】 1 【ISBN書號】 7502438963
【開 本】 16開 【裝 幀】 平裝
【頁 數】 144
“材料成形計算機模擬”是一門將計算機和數值計算方法應用于材料成形過程基本規律研究的新興技術和課程。本書介紹了材料成形過程中數值模擬的基礎理論和研究方法，內容包括：有限差分法的基本原理，利用有限差分法計算材料成形過程溫度場的方法和應用；有限元法的基本概念、基本原理、求解過程及其在材料成形中的應用；剛塑性有限元法的基本原理和求解過程。在附錄中簡單介紹了有限元分析軟件ANSYS的特點和功能。書中附有復習思考題和必要的上機練習題。 本書在介紹材料成形過程計算機模擬基本原理和基本方法的同時，附有一定數量的應用實例和相關的計算機語言程序，注重應用能力的培養。本書可作為工科高等院校材料成形與控制工程及相關專業本科學生的教材，也可供科研和生產單位的工程技術人員學習和參考。
展開 『分享』申請董湘懷主編的材料成形計算機模擬
材料成形計算機模擬（第2版）
作者：董湘懷 主編
出版社：機械工業出版社
出版日期：2006-2-1
ISBN：7111096290
字數：245000
印次：1
版次：2
紙張：膠版紙
定價：16.5 元當當價：11.9 元折扣：72 折節省：4.60 元鉆石vip價：11.90 元
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內容提要
本書首先系統地介紹了有限差分法和有限元法這兩種主要的數值分析方法的概念、公式和實施步驟，主要內容包括溫度場及流動問題的有限差分分析，彈性、彈塑性及塑性問題的有限元分析等，然后介紹了數值分析在鑄造、鍛壓等材料成形過程的計算機模擬中的應用，這些內容將為讀者提供應用模擬軟件分析工程問題所必需的較為完整的知識。
本書是為高等院校專業調整后的材料成形及控制工程專業本科生編寫的教材，也可供材料學科、機械學科有關專業的師生以及從事材料加工和機械制造的科技人員參考。
作者簡介
董湘懷，男，1955年11月生，漢族，中國共產黨黨員。1982年畢業于華中工學院鍛壓專業，獲工學學士學位。1984年在華中工學院獲工學碩士學位，研究課題為自由鍛造過程的最優化。1984年至1987年在中南工業大學材料系任教。1991年在華中理工大學獲工學博士學位。研究課題為軸對稱及三維金屬板料成形過程的有限元模擬。1993年至1996年在日本大阪大學和大阪工業大學從事博士后研究，研究課題為晶體塑性理論及其在板材成形過程的動力顯式有限元模擬中的應用。1996年回國后歷任華中科技大學材料學院副教授、教授、博士生導師，主持塑性成形模擬及模具技術國家重點實驗室塑性成形模擬研究室的研究工作，兼任全國鍛壓學會理論學術委員會委員兼秘書。
展開 熱成形的應用與質量控制技術
本文介紹了熱成形零件的類型以及這幾種類型在白車身上的分布以及應用情況；同時，從熱成形的微觀和宏觀兩個方面介紹了熱成形的質量控制技術。
世界節能與環境協會的研究報告指出：汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%～8%，面對國內汽車保有量不斷攀升、排放增大、環境污染日趨嚴重、全球資源短缺、新能源汽車續航能力不足等問題，汽車輕量化將是未來汽車重要的發展方向之一。綜合比較鋁合金、鈦合金、鎂合金，以及非金屬碳纖維復合材料等輕量化材料，高強度鋼是目前滿足車身輕量化，同時提升碰撞安全性能的最佳材料之一。近年來，熱成形在主機廠的應用越來越廣泛；同時，隨著熱成形技術的不斷創新，新的熱成形類型應運而生并且技術越來越成熟，給主機廠帶來了更多的選擇。本文著重介紹目前已經量產的幾種類型。
由于熱成形零件涉及很復雜的金屬材料熱、力、相變等多物理場耦合等等問題，所以相對冷沖壓件，熱成形零件在質量控制上有很多特殊的要求。在這種背景下，熱成形的工藝過程控制技術，將作為主機廠和熱成形供應商共同研究的一個課題并且會持續不斷更新。
熱成形零件的類型，分布以及應用
隨著熱成形技術的發展，熱成形種類越來越多，并且也越來越成熟。表1是目前比較成熟的熱成形類型在成形前的板料截面示意圖，這幾種類型已經應用到很多車型上并且已經量產。另一方面，由于車身輕量化以及碰撞的要求越來越高，熱成形零件在白車身上的分布越來越廣，單車上熱成形零件使用數量也越來越多。根據碰撞時力的傳遞，白車身上有接近40個零件都是可以使用熱成形工藝的，如圖1光亮處所示。
表1 成形前板料截面示意圖（5種類型）
以下是熱成形類型在成形前的板料截面介紹。
⑴等厚。熱成形前的板料為一塊等厚板料。等厚是目前應用最廣的類型，一個白車身上等厚的熱成形零件占所有熱成形零件的90%以上。
展開 
鋁合金汽車頂蓋拉延成形優化及回彈控制
對于本文所述無天窗類頂蓋，其拉深程度小，表面圓弧大，沒有復雜的特征形狀，因此總體來說其成形相對簡單，但是仍不可避免存在圓角凹陷和破裂、法蘭部位起皺等缺陷，其中最難以解決的問題是拉延后大面積回彈。
在汽車輕量化的要求下，頂蓋常用5系及6系鋁合金進行冷沖成形，且厚度較薄，一般在1mm左右。本文所述為江淮某型號汽車頂蓋，其材料指定為6016鋁合金，厚度為1mm。該材料強度較高，綜合性能較好，但是延伸率較低，屈強比大，在常溫下成形性能并不是很好，而且成形后回彈嚴重，因此需要設計更為有效的柔性成形工藝來提高表面質量和制件精度。充液拉深工藝作為一種典型的柔性成形工藝，被廣泛應用于汽車制造和航空航天領域。該工藝在成形階段通入高壓液體代替凹模或者凸模，降低模具成本以及后期的修模時間，并能在模具之間形成良好的潤滑作用，減小摩擦力。現針對該零件已經設計完成一套完整的拉延模具，但在后續參數調整中發現仍然存在一定的問題，主要是法蘭起皺和回彈量過大，本文在現有模具基礎上，基于大型商用有限元模擬軟件Dynaform對模具進行調整和工藝改進，提高成形質量并減小回彈。
初始模具成形效果
圖1為根據現有模具提取的有限元模擬當中使用的模型示意圖。該零件成形過程中，其成形質量主要受到壓邊力、拉延筋形狀和分布、以及液壓加載方式的影響。現有模具中拉延筋的形狀和位置已經固定，從俯視圖來看主要為四周直邊，圓角處無拉延筋，前階段模擬中主要調整壓邊力以及液壓加載曲線。通過模擬得到的最優的壓邊力為40kN，液壓力在調整過程中主要采用如圖2所示的三種加載方式，得到的最優路徑為c，該路徑可以保證成形過程中板料充分變形，減少起皺和拉裂缺陷。模擬得到的最佳結果如圖3(a)所示。
展開 《材料加工CAD/CAE/CAM技術基礎 》
ISBN：7111177339 頁數：324 版次：1-1
開本：B5 裝幀：簡
【內容介紹】
計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）、計算機輔助制造（CAM）是先進材料加工技術的重要組成部分。本書以材料加工CAD技術、CAE技術、CAM技術以及這些技術的具體應用為主線，重點講述材料加工CAD、CAE、CAM技術的基本概念、原理和方法，包括計算機輔助設計的三維造型技術、信息交換技術、智能化技術與優化分析技術，計算機輔助工程的數學建模技術、數值分析技術，計算機輔助制造的數控加工工藝、數控編程、數控機床等；闡述了材料加工CAD/CAE/CAM技術在材料液態成型、塑性成形、連接成形、注射成型和快速原型制造領域的具體應用；最后以UG、Pro/E、 Solidworks以及Mastercam等系統為例，介紹了目前材料加工領域主流的CAD/CAE/CAM系統。
本書面向材料成形與控制工程專業本科生，同時也可供本專業的研究生及有關工程技術人員學習參考。
【作者簡介】
陳立亮，1969年10月出生。1997年畢業于華中理工大學，獲工學博士學位，2002年至2003年，美國The University of IOWA高級訪問學者。現為華中科技大學材料科學與工程學院副院長、教授、博士生導師，全國鑄造學會理事、湖北省汽車工程學會常務理事、美國鑄造學會會員。主要研究方向為鑄造計算機應用技術的研究與開發，包括CAE、CAD、ERP等，是國內鑄造行業著名“華鑄CAE”集成軟件系統的主要研發者。先后承擔國家科技創新基金、國家自然科學基金、國家航天支撐技術基金等眾多科學研究課題，主持三項湖北省教學改革項目。發表論文50多篇，主編教材2部，參編3部。先后榮獲了省教學成果一等獎、省科技進步獎以及寶鋼全國青年教師獎。
展開 鋁合金汽車頂蓋拉延成形優化及回彈控制
來源：精沖世界
基于AutoForm分析零件成形時沖擊線的控制方法
第二步：采用投影凹模測量法，檢驗成形圓角流過的范圍。由圖9對比可知材料流過成形圓角的范圍一致。
（a）R角放大后
（b）R角放大前
圖9 成形圓角流過的范圍
綜合CAE仿真結果的對比可知，放大局部成形圓角能有效減少沖擊線的產生，同時流過成形圓角的材料范圍沒有變化。
圖10 放大成形圓角后的零件
凹模成形圓角通過機械加工放大成形圓角至R5mm后進行現場試模，如圖10所示，能減少部分沖擊線流入零件B面，但仍在尾部有部分沖擊線存在，需持續優化。
02 采用第2種方案，采取減小沖擊線一側的材料流入即減少流過成形R角的材料，同樣采用CAE軟件進行先期整改方案的輔助設計，在AutoForm軟件中創建并增加一條實體筋同時放大成形圓角至R6mm。根據CAE結果可知產生的最大接觸應力基本控制在圓角范圍內，且反彎曲應變值也在可接受范圍內。
最終具體方案實施
圖11 整改前后的零件對比
凹模成形圓角放大至R5mm，同時壓邊圈通過機械加工、燒焊、增加一條拉深筋后，保證了沖擊線留在非外觀面的區域，整改前后的零件對比如圖11所示。
來源：《模具工業》2018年第12期
作者：祝林，鄭德兵
作者單位：泛亞汽車技術中心有限公司
展開 軸承套圈塔鍛成形鍛件表面缺陷控制方法的研究
為了得到更好的效果，通過控制變量的方法對方案a進行如下4次實驗：①將成形上模和成形凹模排氣孔數量增加至10個，排氣孔直徑不變；②將成形上模和成形凹模排氣孔數量增加至12個，排氣孔直徑不變；③將成形上模和成形凹模排氣孔直徑加大為φ1.5mm，排氣孔數目不變；④將成形上模和成形凹模排氣孔直徑加大為φ2.0mm，排氣孔數目不變。
通過實驗結果分析得出：上述實驗中鍛件表面中、下部塌角和凹陷均有降低，其中實驗②和實驗④對鍛件表面中、下部塌角和凹陷效果控制最好，但實驗④鍛件表面有明顯的氣孔印，實驗③鍛件表面沒有，證明排氣孔直徑太大對鍛件表面質量有影響。
綜上所述，重新設計成形上模和成形凹模排氣孔，若排氣孔數目太多則模具結構強度受到影響，所以開設12個直徑φ1.5mm、與模具中心軸線成30°角的排氣孔，經過生產實踐證明鍛件表面中、下部塌角和凹陷控制效果最好。
圖8 整體式凹模排氣結構圖
1-成形凹模拐角排氣孔 2-上模頂出環排氣孔
3-成形上模冷卻水道 4-冷卻水道分支 5-下模頂桿排氣槽
圖9 分體式凹模排氣結構圖
1-分體凹模下排氣孔 2-分體凹模上排氣孔 3-下模頂桿排氣槽
結論
⑴通過生產實踐和DEFORM-3D軟件對NJ312E軸承套圈的塔鍛仿真模擬，找到了塔鍛鍛件表面缺陷（塌角、凹陷、毛刺）形成原因。
⑵找到了控制塔鍛鍛件表面缺陷（塌角、凹陷、毛刺）的方法，優化下料重量和模具型腔水汽排出效果能夠有效的控制塔鍛鍛件表面缺陷的形成。
⑶通過控制變量的方法設計實驗，在NJ312E塔鍛成形模具拐角處開設12個直徑φ1.5mm、均布的排氣孔，對鍛件表面中、下部塌角和凹陷控制效果最佳。
—— 來源：《鍛造與沖壓》2018年第13期
展開 利用LS-DYNA進行成形仿真的輸入控制參數－－－轉自ICAX
<SPAN id=MSG4954557 style="">在ICAX看見的<A class=bold id=author4954557 href="http://bbs.icax.cn/profile-uid-185471.html" target=_blank><STRONG><FONT size=2>sunnywinter</FONT></STRONG></A><FONT size=2> <FONT face=Arial>翻譯的一篇</FONT></FONT>英文文章：《Input Parameters for Metal Forming Simulation using LS-DYNA》,看起來對理解LS-DYNA的控制參數很有幫助，現連同英文原文上傳，共各位參考學習。</SPAN><BR><BR><Font color=#FF0000><B>PS:</B>該帖于2006-10-14 9:03:55被winken編輯過。</Font>
利用LS-DYNA進行成形仿真的輸入控制參數.pdf
展開 淺談建筑結構振動控制技術 附工程結構減震控制周福霖下載
建筑物減震結構振動控制性能與建筑物的使用壽命和安全性緊密相關。要提高建筑物的耐久性和安全性，那么就必須從建筑物的隔減震結構入手，選擇最優質的建筑材料提高建筑隔減震結構的性能，保證建筑物的安全性。
我國新《建筑抗震設計規范》之中，已經添加了消能和隔震等振動控制的一些專門章節。在國際方面，自第一屆國際結構控制會議于1994年在美國洛杉磯召開以來，大約每4年召開一次，結構地震反應的控制已成為地震工程中的熱點和前沿性研究方向。有關這一領域的綜合評價文章也常見諸于國內外的期刊和會議上。消能技術與減振技術在最近幾年之中也由基礎研究方面逐漸轉向工程的實際應用之上，所以對于建筑結構的減振、隔震與振動控制的分析勢在必行。
傳統建筑抗震設計，主要利用結構自身來吸收、消耗地震帶來的能量以滿足設防抗震的標準，雖然能在遇到較小地震時起到比較好的效果，但毫無疑問這是一種比較消極被動的抵抗地震的方法。科學有效的抗震方法是通過采用結構振動控制技術來達到抗震目的，即通過對結構本身施加振動控制系統，讓其與結構本身共同發揮抗震作用，以減輕建筑結構的抗震反應。目前已經成為結構工程學科中一個十分活躍的研究領域，被稱為土木工程的高科技領域。結構振動控制技術根據所采取的控制措施是否需要外部能源可分為：被動控制、主動控制和混合控制，以下將分別對這些控制技術予以簡述。
一、隔震與消能減振原理概述
結構變形吸收是建筑結構對地震帶來的能量進行消除的主要方式，也就是說，建筑結構變形吸收的能力是決定建筑應對地震強度能力高低的主要因素。在傳統的建筑結構中，對于隔震與消能減振的要求是比較低的，這種建筑結構對于處理小型地震方面可能是可行的，但是一旦發生規模和強度較大的地震，這種建筑結構可謂是不堪一擊的。
展開 
某汽車上下非對稱法蘭多楔輪旋壓成形質量控制
隨著當前國內汽車行業的不斷發展，多楔輪的結構愈發復雜，傳統的多楔輪加工工藝主要是鑄/鍛+機加工成形、沖壓焊接成形和沖壓脹形，這些工藝往往存在材料利用率低，產品精度和力學性能差，生產成本高等問題，而采用旋壓工藝成形多楔輪有諸多優點，比如產品精度高、零件性能優良、材料利用率高等，因此該工藝得到了廣泛的應用。
多楔輪旋壓成形工藝分析
圖1 上下非對稱法蘭多楔輪結構
圖1為上下非對稱法蘭多楔輪結構，其中上下法蘭的寬度均為7.3mm，上法蘭存在一個深度1.3mm的錐形凹槽，下法蘭截面呈近似直角梯形。帶上下法蘭結構的多楔輪在旋壓成形過程中可能會出現法蘭欠料、飛邊和內折疊等缺陷。因此，零件旋壓成形方案中模具工藝參數設計尤其是第一道次旋輪的結構參數對零件整體成形質量的影響非常大，設計模具工藝參數不合理將導致：上法蘭充填不飽滿，下法蘭聚料過多出現飛邊；上法蘭充填飽滿，下法蘭整體充填不飽滿；上法蘭下側內圓角處產生內折疊導致微裂紋等。
根據生產經驗和旋壓設計手冊，從避免工序繁多以及提高材料利用率和零件成品率的角度考慮，該多楔輪的旋壓成形工藝采用四個旋輪依次進給成形：⑴第一道次成形，旋彎輪實現板坯的彎曲增厚；⑵第二道次成形，旋平輪對成形齒形部位旋平及成形上下法蘭；⑶第三道次成形，預旋齒旋輪對板坯進行預旋齒；⑷第四道次成形，終旋齒旋輪對板坯進行終旋齒，而常見的成形缺陷往往出現在前兩道次，因此我們對該多楔輪旋壓成形的前兩道次進行模擬，保證該上下非對稱法蘭多楔輪的成形質量。
展開 精確鑄造成形關鍵技術及計算機輔助工程
在此基礎上總結得到一整套工藝控制要素，隨后投產的幾個灰鐵鑄件均很快達到成品率90%以上，并形成了月產150噸的生產規模。球墨鑄鐵消失模鑄件也實現了批量投產。鑄件表面沒有飛邊毛刺，減輕了鑄件清理的工作量和工人的勞動強度，改善了車間作業環境，顯示出良好的綜合經濟效益和社會效益。
simufact.forming11.0環軋新功能詳解
在以前的老版本中我們只需要定義旋轉中心和旋轉半徑，抱輥的運動便由程序自動控制隨著環件的長大而逐漸運動，關于這些大家可以找找以前我發表的一些資料，在simufact在材料成形及控制工程中的應用一書中也有詳細的案例講解。這里便不多講了。
我們大家都知道實際的環軋工藝中一般分為多個階段，這些階段均通過環件的直徑來區分，因為實際設備中有一個測量輥，時時對環件的直徑進行測量。然后反饋到設備的控制系統。當環件直徑達到設定的數值時，便轉換工藝參數，進行下一階段的加工。
德國人做事確實專業，在sf11.0版本中，我們便可以通過定義測量輥，結合定義以直徑為變量的曲線，達到與實際一樣的效果，先上一個示意圖給大家看看。
首先在simufact中作環軋仿真時，必須使總體模型的XY平面中心與芯輥的圓心重合。看下圖右側示意圖相信大家就明白了，只有放置于芯輥中心，程序才能根據我們設定的抱輥旋轉圓心和半徑自動計算其旋轉軌跡。
結合上圖我們先來看看11.0里面有哪些新功能，首先，我們可以選擇定義測量輥，然后在下面我們可以選擇端面軋輥，以及可以設定讓端面軋輥的后退運動與環件的長大同步，同時其旋轉也可以同步。對于端面軋輥沿環件軸向的下壓，我們可以通過直徑—速度表來控制。
那么有了這些運動，我們還需要定義主動輥的旋轉，芯輥沿環件徑向的進給及端面軋輥沿環件軸向的下壓，引入了測量輥，我們通過直徑—速度表來定義這些運動相對就簡單多了。假定有如下工藝，我們分別定義主動輥、芯輥及端面軋輥的運動如下。
主動輥一直以固定速度旋轉。轉速為30轉/分。假設工件原始外徑為1400mm，最終外徑為2089mm。下圖意為，從原始直徑1400mm到最終外徑2089mm，主動輥轉速為30轉/分。
如圖所示，芯輥沿+Y向進給，假定工藝為四個階段。
展開 工程案例-鋁合金后保險杠彎曲成形（LS-DYNA） ￥3.99
最近，接到某合作單位的請求，在鋁合金后保險杠加工之前，進行彎曲成形仿真，以得到最優的加工工藝參數，避免加工缺陷。
該保險杠及加工設備如下圖所示。
材料類型為6082-T4，材料曲線如下圖所示。
在DYNA中模擬相同邊界條件，使用控制運動來模擬真實的彎曲過程。過程如下所示。圖中的靜止部件為檢具，用來直觀對比彎曲成形的精度。
經過仿真，確定了最佳的加工工藝。
為保守企業秘密起見，練習用K文件使用的是下列的簡單模型。練習K文件放在附件中，有需要的可以下載，參照K文件的設置即可完成仿真分析。
覺得有用的請記得點贊，謝謝。
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