剛塑性有限元法及其在軋制中應(yīng)用課件

剛塑性有限元法及其在軋制中應(yīng)用課件引言剛塑性有限元法基本原理軋制過(guò)程中的力學(xué)行為分析剛塑性有限元法在軋制中的應(yīng)用實(shí)例剛塑性有限元法與其他數(shù)值模擬方法比較結(jié)論與展望contents目錄01引言通過(guò)旋轉(zhuǎn)的軋輥對(duì)金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀、尺寸和性能的金屬材料的加工方法。軋制工藝定義根據(jù)軋制溫度的不同，可分為熱軋和冷軋；根據(jù)軋制時(shí)金屬的狀態(tài)，可分為自由軋制和約束軋制。軋制工藝分類廣泛應(yīng)用于鋼鐵、有色金屬、非金屬等材料的生產(chǎn)和加工領(lǐng)域，如鋼板、鋼帶、鋁板、鋁箔、塑料薄膜等。軋制工藝應(yīng)用軋制工藝簡(jiǎn)介剛塑性有限元法定義一種基于剛塑性材料模型的有限元分析方法，適用于金屬成形等大變形問(wèn)題的數(shù)值模擬。剛塑性有限元法原理將連續(xù)的變形體離散為有限個(gè)單元，每個(gè)單元內(nèi)的材料行為用剛塑性模型描述，通過(guò)求解單元?jiǎng)偠染仃嚭洼d荷向量，得到整體結(jié)構(gòu)的平衡方程，進(jìn)而求得節(jié)點(diǎn)的位移和應(yīng)力等結(jié)果。剛塑性有限元法特點(diǎn)適用于大變形問(wèn)題，能夠準(zhǔn)確模擬金屬的流動(dòng)和變形行為；相對(duì)于彈性有限元法，計(jì)算效率更高，收斂性更好。剛塑性有限元法概述通過(guò)介紹剛塑性有限元法的基本原理和其在軋制工藝中的應(yīng)用實(shí)例，使讀者了解和掌握該方法在金屬成形數(shù)值模擬中的優(yōu)勢(shì)和使用方法。目的隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值模擬方法的不斷發(fā)展，剛塑性有限元法在金屬成形領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。通過(guò)學(xué)習(xí)和掌握該方法，可以為實(shí)際生產(chǎn)和科研提供有力的技術(shù)支持和指導(dǎo)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低成本和能耗，推動(dòng)金屬成形技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。意義課件目的與意義02剛塑性有限元法基本原理

剛塑性材料模型材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系在剛塑性模型中，材料在達(dá)到屈服點(diǎn)之前表現(xiàn)為彈性，屈服后則表現(xiàn)為塑性。屈服準(zhǔn)則描述材料開始進(jìn)入塑性狀態(tài)的應(yīng)力條件，常見的屈服準(zhǔn)則有Tresca準(zhǔn)則和Mises準(zhǔn)則。流動(dòng)法則規(guī)定材料在塑性狀態(tài)下應(yīng)力與應(yīng)變?cè)隽恐g的關(guān)系，通常采用Levy-Mises流動(dòng)法則。0102離散化將連續(xù)體離散為有限個(gè)單元，單元之間通過(guò)節(jié)點(diǎn)連接。插值函數(shù)用插值函數(shù)描述單元內(nèi)任意點(diǎn)的位移，通常采用多項(xiàng)式作為插值函數(shù)。剛度矩陣與載荷向量根據(jù)單元的材料性質(zhì)、幾何形狀和邊界條件，建立單元?jiǎng)偠染仃嚭洼d荷向量?？傮w剛度矩陣與總體載荷…將所有單元的剛度矩陣和載荷向量組裝成總體剛度矩陣和總體載荷向量。求解線性方程組采用適當(dāng)?shù)臄?shù)值方法求解總體剛度矩陣與總體載荷向量構(gòu)成的線性方程組，得到節(jié)點(diǎn)的位移。030405有限元法基本原理剛塑性有限元法能夠處理大變形問(wèn)題，因?yàn)樵摲椒ㄖ胁牧系谋緲?gòu)關(guān)系是基于塑性力學(xué)的。適用于大變形問(wèn)題計(jì)算效率高對(duì)網(wǎng)格依賴性較強(qiáng)需要考慮體積不變條件由于忽略了彈性變形部分，剛塑性有限元法的計(jì)算效率相對(duì)較高。剛塑性有限元法的計(jì)算結(jié)果受網(wǎng)格劃分的影響較大，因此需要合理劃分網(wǎng)格以保證計(jì)算精度。在剛塑性有限元法中，需要引入體積不變條件以處理材料的不可壓縮性。剛塑性有限元法特點(diǎn)03軋制過(guò)程中的力學(xué)行為分析分析軋制過(guò)程中變形區(qū)的形狀、尺寸及其變化規(guī)律。變形區(qū)形狀與尺寸應(yīng)力應(yīng)變分布摩擦與潤(rùn)滑探討軋制變形區(qū)內(nèi)金屬的應(yīng)力、應(yīng)變分布及其影響因素。研究軋輥與軋件之間的摩擦與潤(rùn)滑條件對(duì)軋制過(guò)程的影響。030201軋制變形區(qū)力學(xué)行為建立軋制力計(jì)算模型，分析軋制力隨軋制條件的變化規(guī)律。軋制力計(jì)算探討軋制力矩的計(jì)算方法及其影響因素。軋制力矩計(jì)算根據(jù)軋制力和軋制速度，確定所需的電機(jī)功率。電機(jī)功率確定軋制力能參數(shù)計(jì)算金屬流動(dòng)數(shù)學(xué)模型建立描述金屬流動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，如流動(dòng)方程、速度場(chǎng)等。金屬流動(dòng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響探討金屬流動(dòng)規(guī)律對(duì)產(chǎn)品形狀、尺寸精度和內(nèi)部組織性能的影響。金屬流動(dòng)特點(diǎn)分析軋制過(guò)程中金屬的流動(dòng)特點(diǎn)，如前滑、后滑、寬展等。金屬流動(dòng)規(guī)律分析04剛塑性有限元法在軋制中的應(yīng)用實(shí)例建立板帶軋制過(guò)程的剛塑性有限元模型，包括軋輥、板帶和工作輥等部分的幾何形狀、材料屬性和邊界條件。利用有限元軟件對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分和求解，得到軋制過(guò)程中的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等場(chǎng)量的分布情況。通過(guò)后處理，提取軋制力、軋制力矩、板形等關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)軋制過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)和優(yōu)化。板帶軋制過(guò)程模擬根據(jù)型材的截面形狀和尺寸，建立相應(yīng)的剛塑性有限元模型，包括軋輥、型材和工作輥等部分?？紤]型材軋制過(guò)程中的金屬流動(dòng)、變形和溫度變化等因素，對(duì)模型進(jìn)行求解和分析。通過(guò)模擬結(jié)果，預(yù)測(cè)型材軋制后的形狀、尺寸和性能，為工藝設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供依據(jù)。型材軋制過(guò)程模擬

管材軋制過(guò)程模擬針對(duì)管材軋制的特點(diǎn)，建立包含管坯、芯棒和軋輥等的剛塑性有限元模型?？紤]管材軋制過(guò)程中的變形、溫度變化和摩擦等影響因素，對(duì)模型進(jìn)行求解和分析。通過(guò)模擬結(jié)果，了解管材軋制過(guò)程中的應(yīng)力、應(yīng)變和溫度變化規(guī)律，為工藝參數(shù)優(yōu)化和產(chǎn)品質(zhì)量控制提供指導(dǎo)。05剛塑性有限元法與其他數(shù)值模擬方法比較理論基礎(chǔ)01彈塑性有限元法基于彈性力學(xué)和塑性力學(xué)，考慮材料的彈性和塑性行為。剛塑性有限元法則主要關(guān)注材料的塑性行為，忽略彈性變形。適用范圍02彈塑性有限元法適用于分析結(jié)構(gòu)在加載過(guò)程中的彈性和塑性變形，以及卸載后的殘余變形。剛塑性有限元法更適用于大變形、非線性問(wèn)題，如金屬成形過(guò)程。計(jì)算效率03彈塑性有限元法通常需要更精細(xì)的網(wǎng)格劃分和更多的計(jì)算資源，以準(zhǔn)確捕捉彈性和塑性變形的細(xì)節(jié)。剛塑性有限元法則可以在較粗的網(wǎng)格上實(shí)現(xiàn)較高的計(jì)算效率。彈塑性有限元法比較基本思想邊界元法是一種基于邊界積分方程的數(shù)值方法，通過(guò)將問(wèn)題降維處理，只需在邊界上劃分網(wǎng)格。剛塑性有限元法則是在整個(gè)求解域內(nèi)劃分網(wǎng)格，建立有限元方程進(jìn)行求解。適用范圍邊界元法適用于求解具有規(guī)則邊界形狀的問(wèn)題，對(duì)于復(fù)雜形狀和非線性問(wèn)題處理較為困難。剛塑性有限元法則不受此限制，可以處理各種復(fù)雜形狀和非線性問(wèn)題。計(jì)算精度邊界元法在求解某些問(wèn)題時(shí)具有較高的計(jì)算精度，如彈性力學(xué)中的應(yīng)力集中問(wèn)題。然而，對(duì)于大變形和非線性問(wèn)題，剛塑性有限元法通常能提供更準(zhǔn)確的解。邊界元法比較要點(diǎn)三網(wǎng)格依賴性無(wú)網(wǎng)格法是一種不依賴于網(wǎng)格劃分的數(shù)值方法，通過(guò)構(gòu)造一系列基函數(shù)來(lái)逼近待求函數(shù)。剛塑性有限元法則需要在整個(gè)求解域內(nèi)劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格質(zhì)量對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大。要點(diǎn)一要點(diǎn)二計(jì)算效率無(wú)網(wǎng)格法在處理大變形和非線性問(wèn)題時(shí)通常具有較高的計(jì)算效率，因?yàn)樗苊饬司W(wǎng)格畸變和重劃分等問(wèn)題。然而，對(duì)于復(fù)雜形狀和邊界條件處理較為困難的問(wèn)題，剛塑性有限元法可能更具優(yōu)勢(shì)。適用范圍無(wú)網(wǎng)格法適用于求解各種復(fù)雜形狀和非線性問(wèn)題，尤其在處理裂紋擴(kuò)展、流固耦合等問(wèn)題時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。剛塑性有限元法則更適用于金屬成形等涉及大變形和塑性流動(dòng)的問(wèn)題。要點(diǎn)三無(wú)網(wǎng)格法比較06結(jié)論與展望實(shí)現(xiàn)了軋制過(guò)程中材料非線性、幾何非線性和邊界條件非線性的準(zhǔn)確描述。通過(guò)大量算例驗(yàn)證，證明了剛塑性有限元法在軋制模擬中的準(zhǔn)確性和有效性。建立了完善的剛塑性有限元法理論體系，為軋制過(guò)程的數(shù)值模擬提供了有力工具。研究成果總結(jié)剛塑性有限元法將進(jìn)一步與人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)軋制過(guò)程的智能化模擬和優(yōu)化。隨著計(jì)算機(jī)性能的提升，剛塑性有限元法將能夠處理更大規(guī)模、