Simufact在材料成型与控制工程中的应用

1.以应用为主，理论为辅，通过各种典型材料加工案例详细介绍了Simufact在材料加工工程中的应用及其相关的技术问题。

2.从开式模锻、闭式模锻、开坯锻、挤压、轧管、旋压、环轧、轧制、钣金热冲压、热处理等方面介绍Simufact在材料成型与控制工程中的典型应用案例，并给出了全部操作流程。

3.提供有限元法与有限体积法解决实际工程问题的关键技术，帮助学生应用专业知识分析和解决问题，将理论分析与工程实践紧密衔接。

数值模拟对于塑性加工成形工艺是强有力的设计、分析和优化的工具，可以预测成形期间零件形状的变化、最终应变分布、缺陷形成区域等，并可在零件生产前最大限度地优化工艺参数，所有这些对于成功地成形复杂形状的零件并减少成形时间是至关重要的。数值模拟能够处理各种复杂的工程问题，同时它也是进行科学研究的重要工具。数值模拟分析已成为替代大量实物试验的数值化“虚拟试验”，基于该方法的大量计算分析与典型的验证性试验相结合可以做到高效率和低成本。

塑性加工成形模拟技术经历了几十年的发展，国际上已经出现了一批塑性成形模拟软件。其中，大型数值模拟分析软件Simufact是可以快速模拟各种冷热成形、挤压、轧制等塑性成形过程的工艺成形专用软件，它可以实现对具有高度组合的非线性体成形过程的全自动数值模拟。Simufact是基于原Superform和Superforge开发出来的先进的材料加工及热处理工艺仿真优化平台，包括辊锻、楔横轧、孔型斜轧、环件轧制、摆碾、径向锻造、开坯锻、剪切/强力旋压、挤压、镦锻、自由锻、温锻、锤锻、多向模锻、板管的液压胀形等材料加工工艺均可用Simufact进行仿真。Simufact采用的求解器包括MARC（有限元法FEM）和DYTRAN（有限体积法FVM）两种。Simufact采用Windows和MSC.mentat两套操作界面，一般工程中使用通常采用Windows操作界面，简单易行。

全书以应用为主，理论为辅，通过各种典型材料加工案例详细介绍Simufact在材料加工工程中的应用及其相关的技术问题。全书共分13章，第1章介绍有限元技术在材料成型与控制工程中的应用状况，第2、3章介绍Simufact在材料成型与控制工程中的一些常用技术与基本操作界面，第4～13章分别从开式模锻、闭式模锻、开坯锻、挤压、轧管、旋压、环轧、轧制、钣金热冲压、热处理等方面介绍Simufact在材料成型与控制工程中的典型应用案例，并给出了全部操作流程。读者通过本书的学习，可以掌握有限元法与有限体积法解决实际工程问题的关键技术，学会应用本专业知识分析问题、解决问题，将理论分析与工程实践紧密衔接在一起。

本书既适合作为材料加工工程专业本科生与研究生的教材，也可作为相关企事业工程技术人员的应用参考书，还可作为Simufact数值模拟分析软件的培训教材。

本书的编写得到了德国Simufact工程公司与中仿新联（北京）科技有限公司的支持与鼓励，特别是中仿新联（北京）科技有限公司的Jason Li先生对本书的编写与出版给予了大力帮助，在此致以由衷的感谢！同时，中国科学院金属研究所张士宏研究员带领下的塑性加工先进技术研究组对本书也提出了很多宝贵建议，最后感谢在本书编写过程中给予作者支持与关心的老师和同事们！

由于编者水平有限，书中缺点、错误在所难免，敬请广大读者批评指正。

刘劲松

2012年3月于沈阳

前言

第1章 绪论 1
1.1 有限元法的发展历程 1
1.1.1 有限元法的孕育及诞生期 1
1.1.2 有限元法的蓬勃发展期 2
1.1.3 有限元法的成熟壮大期 3
1.2 有限元法的意义 4
1.3 有限元法在塑性加工领域的应用 5
1.4 有限元法的发展趋势 6
1.5 有限体积法 7
1.6 Simufact有限元软件的特点 8
第2章 Simufact模拟过程中的
一些常用技术 10
2.1 材料模型 10
2.1.1 弹性部分 10
2.1.2 塑性部分 11
2.2 热力学 11
2.2.1 模具传热 11
2.2.2 工件传热 12
2.3 运动学 12
2.3.1 设备 12
2.3.2 模具与弹簧 13
2.4 摩擦模型 13
2.5 损伤模型 14
第3章 Simufact.forming操作界面 15
3.1 引言 15
3.2 Simufact.forming总体界面 15
3.3 语言选择 16
3.4 程序初始设置 17
3.5 工具栏 17
3.5.1 标准工具栏 17
3.5.2 图像显示工具栏 18
3.5.3 后处理工具栏 18
3.5.4 视角/角度工具栏 19
3.5.5 鼠标左键功能选择工具栏 20
3.5.6 移动选项工具栏 20
3.5.7 模拟工具栏 20
3.6 菜单 21
3.6.1 文件菜单（File） 21
3.6.2 编辑菜单（Edit） 21
3.6.3 视图菜单（View） 21
3.6.4 插入菜单（Insert） 22
3.6.5 工具菜单（Tools） 22
3.6.6 窗口菜单（Window） 22
3.6.7 帮助菜单（Help） 23
3.7 “进程属性”对话框 23
第4章 开式模锻模拟 25
4.1 引言 25
4.2 开式模锻实例分析 26
4.2.1 创建新的工艺仿真 26
4.2.2 导入几何模型 27
4.2.3 定义材料 32
4.2.4 定义设备 32
4.2.5 定义摩擦 33
4.2.6 定义温度 35
4.2.7 点历史追踪 36
4.2.8 控制参数设置及运行 37
4.2.9 模拟结果分析 40
第5章 闭式模锻模拟 45
5.1 引言 45
5.2 闭式模锻实例分析 46
5.2.1 创建新的工艺仿真 46
5.2.2 导入几何模型 47
5.2.3 定义材料 48
5.2.4 定义设备 48
5.2.5 定义摩擦 49
5.2.6 定义温度 50
5.2.7 插入流线 52
5.2.8 控制参数设置及运行 53
5.2.9 模拟结果分析 54
第6章 开坯锻模拟 58
6.1 引言 58
6.2 开坯锻实例分析 58
6.2.1 创建新的工艺仿真 58
6.2.2 导入几何模型 60
6.2.3 定义材料 62
6.2.4 定义设备 63
6.2.5 定义摩擦 69
6.2.6 定义温度 70
6.2.7 网格划分 72
6.2.8 控制参数设置及运行 74
6.2.9 模拟结果分析 74
第7章 挤压损伤模拟 76
7.1 引言 76
7.2 挤压损伤实例分析 76
7.2.1 创建新的工艺仿真 76
7.2.2 导入几何模型 77
7.2.3 定义材料 79
7.2.4 定义设备 79
7.2.5 定义摩擦 81
7.2.6 定义温度 82
7.2.7 网格划分 84
7.2.8 旋转轴的定义（2D） 85
7.2.9 控制参数设置及运行 85
7.2.10 模拟结果分析 87
第8章 三辊轧管成形模拟 91
8.1 引言 91
8.2 三辊轧管成形实例分析 92
8.2.1 创建新的工艺仿真 92
8.2.2 导入几何模型 93
8.2.3 定义材料 93
8.2.4 定义摩擦 95
8.2.5 定义温度 95
8.2.6 定义设备 98
8.2.7 网格划分 103
8.2.8 控制参数设置及运行 104
8.2.9 模拟结果分析 105
第9章 封头旋压模拟 108
9.1 引言 108
9.2 封头旋压实例分析 109
9.2.1 创建新的工艺仿真 109
9.2.2 导入几何模型 110
9.2.3 定义材料 111
9.2.4 定义设备 112
9.2.5 定义摩擦 117
9.2.6 定义温度 118
9.2.7 网格划分 120
9.2.8 接触定义 120
9.2.9 控制参数设置及运行 121
9.2.10 模拟结果分析 123
第10章 环轧模拟 125
10.1 引言 125
10.2 环轧实例分析 125
10.2.1 创建新的工艺仿真 125
10.2.2 导入几何模型 126
10.2.3 定义材料 127
10.2.4 定义设备 129
10.2.5 定义摩擦 136
10.2.6 定义温度 138
12.2.7 网格划分 141
10.2.8 控制参数设置及运行 141
10.2.9 模拟结果分析 143
第11章 板材轧制模拟 148
11.1 引言 148
11.2 板材轧制实例分析 149
11.2.1 创建新的工艺仿真 149
11.2.2 导入几何模型 150
11.2.3 定义材料 150
11.2.4 定义设备 152
11.2.5 定义摩擦 157
11.2.6 定义温度 157
11.2.7 网格划分 159
11.2.8 对称面定义 160
11.2.9 控制参数设置及运行 161
11.2.10 模拟结果分析 162
第12章 钣金热成形模拟 164
12.1 引言 164
12.2 钣金热成形实例分析 164
12.2.1 创建新的工艺仿真 164
12.2.2 导入几何模型 165
12.2.3 定义材料 167
12.2.4 定义设备 168
12.2.5 定义摩擦 169
12.2.6 定义温度 169
12.2.7 定义压边圈弹簧 172
12.2.8 网格划分 173
12.2.9 定义对称边界 173
12.2.10 控制参数设置及运行 174
12.2.11 模拟结果分析 175
第13章 热处理模拟 179
13.1 引言 179
13.2 热处理实例分析 179
13.2.1 创建新的工艺仿真 179
13.2.2 导入几何模型 180
13.2.3 定义材料 181
13.2.4 定义摩擦 182
13.2.5 定义温度 182
13.2.6 网格划分 185
13.2.7 控制参数设置及运行 186
13.2.8 模拟结果分析 187
参考文献 190

1. 机械工程材料 [主编 王海静 杨新莲 王婕]
2. 注塑成型工艺及模具设计 [主编 袁小会 潘军]
3. MSC.MARC在材料加工工程中的应用 [刘劲松 张士宏 肖寒 李毅波 ]