金屬成形過(guò)程無(wú)網(wǎng)格模擬方法研究.pdf

1、金屬成形技術(shù)在金屬零件的制造過(guò)程中起著十分重要的作用。它不僅具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、原材料消耗少的優(yōu)點(diǎn)，而且還可以有效地改善工件的組織性能。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和數(shù)值計(jì)算方法的日益完善，應(yīng)用有限元法己在模擬金屬塑性成形過(guò)程中取得了廣泛的應(yīng)用。它對(duì)于預(yù)測(cè)各種過(guò)程參數(shù)對(duì)金屬流動(dòng)的影響，減少試模次數(shù)，縮短模具設(shè)計(jì)周期，降低產(chǎn)品成本具有重大意義。 金屬成形過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理過(guò)程，涉及到幾何非線性、物理非線性和接觸非線性。由于有限

2、元法是一種基于網(wǎng)格的數(shù)值方法，當(dāng)工件變形到一定程度時(shí)，有限元網(wǎng)格將產(chǎn)生畸變現(xiàn)象，此時(shí)必須對(duì)畸變網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格重劃分。而網(wǎng)格重劃分不僅耗時(shí)、計(jì)算精度受損，而且對(duì)于三維網(wǎng)格重劃分技術(shù)至今仍是個(gè)世界性難題。當(dāng)網(wǎng)格變形達(dá)到一定程度時(shí)，甚至導(dǎo)致計(jì)算無(wú)法進(jìn)行下去。此時(shí)，這種基于網(wǎng)格的有限元方法面臨著一些難以處理的問(wèn)題。 無(wú)網(wǎng)格方法作為一種較為新穎的數(shù)值方法，經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展，已經(jīng)逐漸應(yīng)用于金屬成形過(guò)程的模擬，并且取得了一定的成果。無(wú)網(wǎng)格方法基

3、于離散節(jié)點(diǎn)的近似，避免了有限元方法對(duì)于網(wǎng)格的依賴，在涉及到網(wǎng)格畸變的大變形問(wèn)題分析中具有一定的優(yōu)勢(shì)，并且在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和后處理方面也比有限元方法靈活簡(jiǎn)單。 無(wú)網(wǎng)格法的種類十分繁多，它們之間的區(qū)別主要在于使用的試函數(shù)和微分方程等效形式的不同。但它們都有著的共同特點(diǎn)：建立近似函數(shù)時(shí)不需要借助網(wǎng)格，而是基于函數(shù)逼近近似而非插值特性。本文根據(jù)金屬成形過(guò)程中的大變形的特點(diǎn)，采用了無(wú)網(wǎng)格再生核質(zhì)點(diǎn)法(reproducing kernel par

4、ticle method，RKPM)來(lái)模擬分析。RKPM方法通過(guò)引入校正函數(shù)和具有緊支域的光滑連續(xù)核函數(shù)并借鑒小波分析中的多尺度分析技術(shù)，使其消除了無(wú)網(wǎng)格光滑質(zhì)點(diǎn)流體動(dòng)力學(xué)方法(smoothed particle hydrodynamics,SPH)中所謂的彈性不穩(wěn)定(tensile instability)，而且具有其他無(wú)網(wǎng)格方法不具備的優(yōu)點(diǎn)：變時(shí)一頻特性和多分辨率。 本文根據(jù)金屬成形仿真過(guò)程中有限元分析方法的局限性，把無(wú)網(wǎng)格