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第1章 概论 1

1.1 金属塑性成形概述 1

1.1.1 金属塑性成形的基本概念 1

1.1.2 金属塑性成形的基本分类 2

1.2 金属塑性成形数值模拟的意义 3

1.3 金属塑性成形数值模拟的主要任务 5

1.3.1 金属塑性成形数值模拟的特点 5

1.3.2 金属塑性成形数值模拟的主要任务 5

1.4 模拟的基本概念 6

1.4.1 模拟的定义 6

1.4.2 数值模拟与物理模拟的区别与联系 7

1.5 金属塑性成形问题的主要求解方法 8

1.5.1 有限元法 8

1.5.2 边界元法 9

1.5.3 有限差分法 10

1.5.4 初等解析法 11

1.5.5 滑移线法 11

1.5.6 上、下界法 12

1.5.7 视塑性法 12

1.6 金属塑性成形数值模拟的分级 13

1.6.1 金属塑性成形的目标量 13

1.6.2 金属塑性成形数学模型的分级 14

1.6.3 金属塑性成形数值模拟的分级 15

1.7 金属塑性成形数值模拟的应用及发展趋势 15

1.7.1 金属塑性成形数值模拟的应用 15

1.7.2 金属塑性成形数值模拟的若干发展趋势 20

思考题 24

第2章 有限元法的基本原理 25

2.1 有限元法的基本概念 25

2.2 工程问题有限元分析的流程 28

2.2.1 问题分类 28

2.2.2 数学模型 29

2.2.3 初步分析 30

2.2.4 有限元分析 31

2.2.5 检查结果 31

2.2.6 期望修正 32

2.3 有限元法的计算步骤 33

2.3.1 有限元法计算的基本步骤 33

2.3.2 所需CPU时间 34

2.3.3 简单算例分析 35

2.4 单元类型选择及高斯积分法 37

2.5 非线性有限元的迭代算法 38

2.5.1 完全N-R方法 39

2.5.2 修正N-R方法 40

2.6 非线性迭代求解的收敛判据 41

思考题 43

第3章 金属塑性成形非线性有限元分析 45

3.1 非线性的基本概念 45

3.1.1 非线性问题 45

3.1.2 3种非线性来源 46

3.2 材料非线性分析 48

3.2.1 弹塑性有限元法 48

3.2.2 刚塑性有限元法 60

3.2.3 黏塑性有限元法 61

3.3 几何非线性分析 63

3.3.1 几何非线性概述 63

3.3.2 坐标系 64

3.3.3 完全拉格朗日法与更新拉格朗日法 65

3.3.4 欧拉列式 70

3.3.5 任意欧拉-拉格朗日列式 71

3.4 接触非线性分析 71

3.4.1 接触问题的特点 71

3.4.2 接触体的分类 72

3.4.3 接触体的运动 74

3.4.4 接触的描述方法 76

3.4.5 施加约束 78

3.4.6 摩擦模型 80

3.4.7 耦合接触分析 88

3.4.8 接触分析的网格自适应 89

3.4.9 接触问题的若干数值方法 90

思考题 100

第4章 金属塑性成形有限元模拟的若干关键技术 101

4.1 自动网格优化技术 101

4.1.1 单元密度与单元几何形态 101

4.1.2 自适应网格划分 102

4.1.3 网格重划分技术 108

4.2 隐式求解法与显式求解法 109

4.3 热力耦合分析方法 110

4.3.1 热力耦合概念 110

4.3.2 热力耦合求解方法 111

4.3.3 热边界条件 111

4.4 模拟结果的主要影响因素 112

4.4.1 有限元模拟的误差源 112

4.4.2 提高模拟精度的措施 116

思考题 116

第5章 材料参数及边界条件的确定方法 119

5.1 确定材料参数及边界条件的基本流程 119

5.1.1 材料参数的分类 119

5.1.2 确定材料参数和边界量的基本流程 120

5.2 流变应力、流变曲线的测定方法 121

5.2.1 流变应力、流变曲线 121

5.2.2 流变曲线测定的不确定性 121

5.2.3 流变曲线的描述 121

5.2.4 流变曲线的表达式 122

5.2.5 流变应力的测定方法 124

5.3 摩擦边界条件的处理方法 127

5.3.1 摩擦 127

5.3.2 摩擦定律 127

5.3.3 摩擦系数和摩擦因子的测定方法 131

5.4 传热边界条件的建立方法 135

5.4.1 热传递 135

5.4.2 热传递定律 135

5.4.3 变形热与摩擦热的确定方法 138

思考题 139

第6章 金属塑性成形数值模拟应用举例 141

6.1 概述 141

6.1.1 Marc有限元软件简介 141

6.1.2 Marc有限元分析的基本步骤 142

6.2 轧制过程数值模拟 156

6.2.1 问题提出 156

6.2.2 模拟方法 156

6.3 锻造过程数值模拟 167

6.3.1 问题提出 167

6.3.2 模拟方法 169

6.4 冲压过程数值模拟 184

6.4.1 问题提出 184

6.4.2 模拟方法 187

6.5 挤压过程数值模拟 203

6.5.1 问题提出 203

6.5.2 模拟方法 204

6.6 拉拔过程数值模拟 243

6.6.1 问题提出 243

6.6.2 模拟方法 245

6.7 超塑性成形数值模拟 254

6.7.1 问题提出 254

6.7.2 模拟方法 255

思考题 275

第7章 金属热变形组织模拟应用举例 279

7.1 概述 279

7.2 金属热变形组织模拟方法 281

7.2.1 热变形过程动态组织模拟原理 281

7.2.2 热变形组织模拟（STRUCSIM）计算流程 282

7.2.3 描述热变形微观组织的材料模型 284

7.3 LARSTRAN/STRUCSIM模拟组织的步骤 287

7.3.1 LARSTRAN有限元软件简介 287

7.3.2 LARSTRAN/STRUCSIM模拟组织的步骤 288

7.4 热压缩过程组织模拟 289

7.4.1 问题提出 289

7.4.2 模拟方法 290

7.5 板材轧制过程组织模拟 316

7.5.1 问题提出 316

7.5.2 模拟方法 317

7.6 孔型轧制过程组织模拟 375

7.6.1 问题提出 375

7.6.2 模拟方法 377

思考题 441

附录 443

附录1 有限元分析中常用的单位及换算表 443

附录2 Marc中建立材料数据库的方法 447

附录3 LARSTRAN中建立材料数据库的方法 456

参考文献 463

索引 465