金属塑性成形有限元数值模拟 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李兰云，刘静，李渊博 著

图书标签:

• 金属塑性成形
• 有限元
• 数值模拟
• 材料力学
• 金属材料
• 仿真
• 工艺参数
• 结构力学
• 计算力学
• 塑性变形

出版社： 中国石化出版社

ISBN：9787511441911

版次：1

商品编码：11974277

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十三五”规划教材

开本：16

出版时间：2016-08-01

用纸：胶版纸

页数：236

字数：381000

编辑推荐

《金属塑性成形有限元数值模拟》在简要介绍金属塑性成形变形力学知识的基础之上，叙述了有限元数值模拟的基本原理、基本步骤，平面和空间有限元模拟的基本方法；还介绍了金属塑性成形的弹塑性有限元法和刚塑性有限元法，并且针对金属塑性成形的微观机理，介绍了目前的研究热点——晶体塑性有限元方法。最后，介绍了大型商用非线性有限元软件ABAQUS，并在此软件环境下给出了若干个塑性成形过程的模拟实例。

内容简介

《金属塑性成形有限元数值模拟》简要介绍了金属塑性成形理论基础，并系统介绍了有限元法基础理论；针对金属塑性成形的特点，详细介绍了弹塑性有限元法和刚塑性有限元法理论；从塑性变形的微观机理出发，介绍了晶体塑性有限元模拟的基础理论；在应用方面，介绍了大型商业有限元软件ABAQUS在金属塑性成形领域的建模方法，并给出了若干个实例以供参考。

目录

第1章 概述
1.1 金属塑性成形的特点及分类
1.1.1 金属塑性成形的特点
1.1.2 金属塑性成形的分类
1.2 金属塑性成形问题的主要求解方法
1.2.1 主应力法
1.2.2 滑移线法
1.2.3 极限分析法
1.2.4 视塑性法
1.2.5 有限差分法
1.2.6 有限元法
1.2.7 边界元法
1.3 塑性成形有限元数值模拟关键技术
1.3.1 塑性成形有限元模拟技术概述
1.3.2 塑性成形过程有限元建模关键技术
第2章 金属塑性变形力学基础
2.1 金属塑性变形的物理基础
2.1.1 塑性的基本概念及塑性指标
2.1.2 塑性变形的基本形式
2.1.3 影响塑性的主要因素
2.2 应力分析
2.2.1 外力分析
2.2.2 点的应力状态分析
2.2.3 应力平衡微分方程
2.3 应变分析
2.3.1 位移和应变
2.3.2 点的应变状态分析
2.3.3 塑性变形时的体积不变条件
2.3.4 点的应变状态与应力状态比较
2.3.5 小应变几何方程
2.4 平面问题和轴对称问题
2.4.1 平面应力问题
2.4.2 平面应变问题
2.4.3 轴对称问题
2.5 屈服准则
2.5.1 屈服准则的概念
2.5.2 Tresca屈服准则
2.5.3 Mises屈服准则
2.5.4 屈服准则的几何描述
2.5.5 应变硬化材料的屈服准则
2.6 塑性变形时的本构关系
2.6.1 弹性变形时的应力应变关系
2.6.2 塑性应力应变关系的特点
2.6.3 塑性变形的增量理论
2.6.4 塑性变形的全量理论
2.6.5 材料的真实应力应变曲线
第3章 有限元法基础
3.1 有限元法的基本概念
3.2 矩阵符号介绍
3.3 有限元的一般化理论基础
3.3.1 微分方程的等效积分形式
3.3.2 加权余量法
3.3.3 变分原理和里兹法
3.3.4 能量变分原理
3.4 有限元法的求解步骤
3.4.1 连续介质的离散化
3.4.2 选择位移函数
3.4.3 建立单元刚度矩阵
3.4.4 单元刚度矩阵的组装及整体分析
3.5 线弹性平面问题的有限元法
3.5.1 三角形常应变单元
3.5.2 单元刚度矩阵和整体刚度矩阵
3.6 轴对称问题的有限元法
3.6.1 单元离散化
3.6.2 三结点轴对称单元的位移函数
3.6.3 三结点对称单元应变与应力
3.6.4 三结点轴对称单元的单元刚度矩阵
3.6.5 三结点轴对称单元的整体刚度矩阵和载荷列阵
3.7 空间问题的有限元法
3.7.1 四面体常应变单元的位移函数
3.7.2 四面体常应变单元的应变矩阵
3.7.3 四面体常应变单元的弹性矩阵
3.7.4 四面体常应变单元的单元应力矩阵、刚度矩阵
3.7.5 四面体常应变单元的单元等效结点载荷向量
第4章 金属塑性成形弹塑性有限元分析
4.1 小变形弹塑性有限元分析
4.1.1 弹塑性有限元分析的本构关系
4.1.2 弹塑性有限元分析本构方程的解法
4.2 有限变形弹塑性有限元分析
4.2.1 有限变形问题的应变和应力
4.2.2 有限变形问题的本构方程
4.2.3 有限变形问题的有限元方程
4.3 动力分析法
4.3.1 有限元方程
4.3.2 动力分析有限元方程的求解方法
4.3.3 静力分析的显式积分法——动力松弛法
第5章 金属塑性成形刚塑性有限元分析
5.1 刚（黏）塑性变分原理
5.1.1 基本方程和边界条件
5.1.2 理想刚塑性材料的变分原理
5.1.3 刚塑性材料完全广义变分原理
5.1.4 刚塑性材料不完全广义变分原理
5.1.5 刚黏塑性材料的变分原理
5.2 刚塑性有限元求解的基本公式
5.2.1 离散化
5.2.2 刚塑性有限元基本公式
5.2.3 刚塑性问题分析步骤
5.3 刚塑性有限元法计算中的几个特殊问题
5.3.1 初始速度场
5.3.2 收敛判据
5.3.3 摩擦条件
5.3.4 刚塑性交界面处理
5.3.5 速度奇异点的处理
5.3.6 有限元网格的重划分
5.4 刚黏塑性有限元分析
5.4.1 刚黏塑性问题描述
5.4.2 刚黏塑性材料的本构关系
5.5 热力耦合分析的有限元法
5.5.1 热传导问题的基本方程
5.5.2 热传导问题的单元分析及求解方程
5.5.3 变形与传热过程的耦合分析
第6章 晶体塑性有限元数值模拟
6.1 晶体塑性理论基础
6.1.1 晶体塑性变形运动学
6.1.2 晶体弹性本构关系
6.1.3 晶体弹塑性本构关系
6.1.4 剪应变速率的计算
6.1.5 滑移系硬化模型
6.2 基于位错密度的晶体塑性本构理论
6.2.1 基于无符号位错密度的本构理论
6.2.2 基于带符号位错密度的本构理论
6.3 大规模的晶体塑性理论
6.3.1 大规模塑性仿真的特殊性
6.3.2 宏观织构的离散
6.3.3 均匀化方法
6.4 率相关晶体塑性有限元方法的实现
第7章 ABAQUS软件简介及使用方法
7.1 ABAQUS软件简介
7.1.1 ABAQUS总体介绍
7.1.2 ABAQUS基础
7.1.3 ABAQUS的主要模块
7.1.4 ABAQUS帮助文档及支持服务
7.2 ABAQUS分析实例
7.2.1 线性静力学分析
7.2.2 非线性分析
7.2.3 接触工程分析
参考文献

《现代材料力学与应用：基于先进计算方法》 内容简介 在当今科技飞速发展的时代，对材料性能的深入理解和高效的工程应用变得尤为关键。本书《现代材料力学与应用：基于先进计算方法》旨在为读者提供一个全面且深入的视角，探讨材料在各种载荷和环境作用下的力学行为，并重点介绍如何利用先进的计算方法来模拟、分析和优化材料的工程应用。本书不仅涵盖了传统材料力学的核心概念，更将目光聚焦于现代材料体系及其在尖端技术领域的应用，辅以先进的数值模拟手段，为材料工程师、机械工程师、土木工程师以及相关领域的研究者和学生提供一份详实可靠的参考。 本书的编写遵循循序渐进的原则，从基础理论出发，逐步深入到复杂的应用场景。 第一部分：材料力学基础与现代发展 本部分将首先回顾并深化读者对经典材料力学基本概念的理解，包括应力、应变、弹性、塑性、屈服准则、强度理论等。在此基础上，我们将重点介绍近年来材料力学领域的重要发展，特别是针对新型功能材料、智能材料以及复合材料的力学特性。例如，我们将探讨形状记忆合金的复杂应变行为，压电陶瓷的耦合场效应，以及碳纤维复合材料的各向异性力学性能。同时，书中会深入分析损伤力学、断裂力学以及疲劳力学在理解材料失效过程中的重要作用，并介绍其在预测材料寿命和设计高可靠性结构中的应用。 第二部分：先进计算方法的原理与实践 计算方法是现代材料研究和工程分析不可或缺的工具。本部分将详细阐述几种在材料科学与工程领域得到广泛应用的先进计算方法。 连续介质模型与数值离散： 我们将从连续介质力学的基本方程出发，阐述如何将其转化为离散化的数学模型，以便计算机进行求解。这将包括对有限元方法（FEM）基本理论的深入解析，包括单元插值函数、形函数、刚度矩阵的建立、边界条件的施加以及方程组的求解等。本书将强调 FEM 在处理复杂几何形状、材料非线性和边界条件方面的强大能力。 其他重要数值模拟技术： 除了 FEM，本书还将介绍其他在材料领域有重要应用价值的数值模拟技术。例如，离散元法（DEM），特别适用于模拟颗粒材料（如土壤、粉体）的聚集、流动和变形行为；光滑粒子动力学（SPM），在处理大变形、流体与固体耦合以及自由表面问题时展现出独特优势；分子动力学（MD），能够从原子和分子层面模拟材料的微观行为，为理解宏观力学现象提供基础。我们将详细解释这些方法的原理、适用范围、优缺点，并提供相应的应用案例，使读者能够根据具体问题选择合适的计算工具。 并行计算与高性能计算： 随着模型规模的增大和计算复杂度的提高，并行计算和高性能计算（HPC）变得至关重要。本书将介绍并行计算的基本概念，包括任务分解、通信机制以及常用的并行编程模型（如 MPI 和 OpenMP）。同时，还将探讨如何利用 HPC 集群来加速大型复杂材料模拟的计算过程，从而缩短研发周期，实现更精细化的分析。 第三部分：材料行为的数值模拟与分析 本部分是本书的核心内容之一，将把理论计算方法应用于实际的材料力学问题。 本构模型与非线性分析： 现实世界中的材料行为往往是非线性的，例如材料的塑性变形、损伤累积、大应变以及温度效应等。本书将详细介绍各种常用的材料本构模型，包括线弹性模型、弹塑性模型（如 J2 流动理论、Drucker-Prager 模型）、损伤演化模型、粘弹性模型和粘塑性模型等。我们将深入讲解如何在数值模拟中实现这些非线性本构模型，并重点关注非线性方程组的求解策略，如牛顿-拉夫逊法。 断裂与损伤的数值模拟： 材料在服役过程中常会发生断裂和损伤。本书将介绍如何利用数值方法来模拟这些现象，包括基于位移除法的断裂力学模拟（如 J-积分法、能量释放率法），以及基于损伤力学的模拟，后者通过引入损伤变量来描述材料内部微观损伤的累积和扩展，最终导致宏观强度的下降和失效。我们将探讨如何通过数值模拟来预测材料的断裂韧性、疲劳寿命以及结构失效模式。 多尺度模拟方法： 许多材料的宏观力学性能与其微观结构密切相关。为了更准确地描述和预测材料行为，多尺度模拟方法应运而生。本书将介绍如何结合不同尺度的模拟技术，例如将微观尺度的原子模拟结果（如 MD）或介观尺度的模型（如晶格模型）作为宏观尺度的本构模型参数，或者将宏观尺度的分析结果反馈到微观尺度以指导材料设计。我们将重点讨论跨尺度信息的传递和耦合机制。 第四部分：先进材料的数值模拟应用案例 为了充分展示本书介绍的理论与方法，第四部分将提供一系列具有代表性的应用案例，涵盖了现代工程领域中材料力学的重要挑战。 航空航天材料的模拟： 重点关注高性能合金、复合材料在极端载荷和温度下的力学行为分析，包括结构强度、刚度、疲劳寿命以及热应力分析。 汽车与交通运输行业的材料模拟： 涵盖轻量化材料（如铝合金、镁合金、高强度钢）在碰撞安全、耐久性方面的数值模拟，以及聚合物复合材料在汽车零部件中的应用。 能源领域的材料模拟： 例如，在核能、太阳能、风能等领域，材料需承受高温、高压、腐蚀等严苛条件，本书将展示如何模拟这些材料在复杂工况下的长期服役性能。 生物医学材料的力学分析： 涉及仿生材料、植入体材料的力学特性，以及生物组织（如骨骼、软组织）的力学响应模拟，关注材料与生物体的相互作用。 增材制造（3D 打印）材料的力学性能预测： 针对金属、陶瓷、聚合物等增材制造材料，分析打印过程对材料微观结构和宏观力学性能的影响，以及如何通过模拟优化打印参数和后处理工艺。 第五部分：软件工具与工程实践 本书虽然侧重于原理和方法，但也会对工程实践中常用的数值模拟软件工具进行介绍和讨论。我们将简要介绍主流的商业有限元软件（如 ABAQUS, ANSYS, COMSOL）以及开源软件（如 CalculiX, Elmer），并讨论它们在不同应用中的适用性。同时，本书将强调数值模拟结果的验证和可靠性评估的重要性，包括与实验数据的对比、网格收敛性研究以及参数敏感性分析。 结论 《现代材料力学与应用：基于先进计算方法》致力于为读者构建一个坚实的理论基础，同时提供丰富的实践指导。通过对材料力学基本原理的深刻阐释，先进计算方法的详细讲解，以及丰富多样的工程应用案例分析，本书旨在帮助读者掌握运用现代计算工具解决复杂材料力学问题的能力，从而在各自的研发和工程实践中取得突破。本书适合材料科学、机械工程、土木工程、力学等相关专业的本科高年级学生、研究生以及从事材料研发、产品设计、工程分析的专业人士阅读。

评分☆☆☆☆☆

这本书无疑是一部关于金属塑性成形数值模拟的权威著作。它的内容涵盖了该领域的几乎所有重要方面，从理论基础到高级应用，无所不包。我对于书中关于“失效准则”的讨论印象深刻，作者详细介绍了不同类型的失效（如断裂、屈服、起皱等）在塑性成形过程中的表现，以及如何通过数值模拟来预测和避免这些失效。这对于提高零件的成形成功率和产品质量具有直接的指导意义。此外，书中对于“多场耦合”问题的处理，例如考虑温度、应力、应变等多物理场之间的相互影响，也进行了深入的探讨。在实际的塑性成形过程中，温度的变化往往会对材料的力学性能产生显著影响，而准确地模拟这些耦合效应，是获得可靠模拟结果的关键。书中通过详细的算例，展示了如何建立和求解这类复杂的耦合模型。对于从事塑性成形研究的学者和工程师来说，这本书无疑是不可或缺的参考资料，它不仅提供了理论框架，更重要的是，它指明了研究的方向和解决问题的思路，是推动该领域技术进步的重要力量。

评分☆☆☆☆☆

我是一个业余爱好者，对金属加工工艺一直抱有好奇心，尤其对一些看似复杂的金属成形过程，例如冷镦、挤压等，非常想知道它们是如何通过精确的计算和设计来实现的。偶然间在书店看到了这本《金属塑性成形有限元数值模拟》，虽然我没有太多的专业基础，但它的标题吸引了我。我试着翻阅了一下，发现书中的插图和图示非常多，这对我这样的非专业人士来说非常友好。虽然有些理论部分我暂时无法完全理解，但通过图示和案例，我大致了解了数值模拟是如何将现实世界中的金属变形过程，通过一系列的计算转化为电脑屏幕上的可视化图像。书中关于不同成形工艺的模拟分析，例如如何通过改变模具形状来控制材料的流动，如何预测零件的开裂或起皱等，都让我大开眼界。我尤其喜欢书中的一些“仿真过程”的截图，可以看到材料是如何一点点地被拉伸、压缩，最终形成所需的形状。这本书虽然篇幅不小，但整体的可读性还是比较强的，它激发了我对工程仿真技术更深的兴趣，也让我对金属加工的工艺有了更直观的认识。

评分☆☆☆☆☆

作为一名经验丰富的工程师，我在工作中经常需要处理金属零件的冲压、锻造等成形过程。过去，我们主要依靠经验和大量的试模来优化工艺参数，这不仅耗时耗力，而且成本高昂。偶然的机会，我读到了这本《金属塑性成形有限元数值模拟》，原本抱着试试看的心态，没想到这本书的内容让我眼前一亮。它并非泛泛而谈，而是深入到了模拟的每一个关键环节。书中关于网格划分的策略，不同单元类型在塑性变形中的优劣分析，以及接触算法的精度与效率之间的权衡，都进行了非常详尽的阐述。我尤其欣赏书中关于“模型验证”的章节，作者强调了模拟结果与实际试验数据对比的重要性，并给出了几种有效的验证方法。这对于我们工程实践者来说，是至关重要的。以往有些模拟软件输出的结果，虽然看起来很“漂亮”，但实际应用中却相差甚远，原因往往在于模型本身的局限性或者参数设置的不合理。这本书提供了从理论到实践的完整链条，帮助我们理解模拟的“为什么”和“怎么做”，从而能够更自信地运用模拟工具来指导生产。书中提供的案例分析，也与我日常工作中遇到的问题高度契合，让我能够直接将书中的知识应用到实际工作中，解决生产难题。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常学术化，论述严谨，逻辑清晰。对于想要深入理解金属塑性成形数值模拟的读者来说，它提供了一个非常扎实的理论基础。书中对于塑性流动准则、屈服准则的详细介绍，以及不同本构模型的数学表达和物理意义的阐释，让我对金属在变形过程中的微观行为有了更深刻的认识。我特别关注了书中关于“大变形”问题的处理方法，以及如何通过时间积分算法和空间离散化技术来保证模拟的稳定性和准确性。这部分内容对于模拟复杂的成形过程，如深拉伸、弯曲成形等，具有至关重要的意义。作者在讲解过程中，并没有简单地给出结论，而是通过详细的推导过程，引导读者一步步理解公式的由来和应用。这种“授人以渔”的教学方式，使得读者不仅仅是知识的接收者，更是知识的创造者。虽然这本书对于初学者来说可能存在一定的难度，但其内容的高度专业性和深度，绝对能够满足那些希望在金属塑性成形数值模拟领域进行深入研究的科研人员和高级工程师的需求。这本书更像是研究者们的一本“工具书”，它提供了解决问题的思路和方法，让读者能够独立地去探索和解决更复杂的问题。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就透着一股严谨与厚重感，深邃的蓝色背景搭配银色的金属质感文字，仿佛直接点出了书的核心——金属塑性成形的模拟世界。我是一名刚刚接触有限元方法的在读研究生，对于塑性成形这个方向有着浓厚的兴趣，但实际操作中常常感到力不从心。翻阅这本书，我最直观的感受是其内容的组织非常有条理。从最基础的塑性力学理论讲起，循序渐进地引出有限元方法的原理，然后是数值算法的讲解，最后才聚焦到金属塑性成形的具体应用。这种层层递进的结构，对于我这样需要打好基础的读者来说，无疑是巨大的福音。特别是书中的理论推导部分，作者并没有回避复杂的数学公式，而是通过清晰的步骤和详尽的解释，将抽象的概念具象化。我反复研读了关于本构模型和应变率效应的部分，作者对于不同材料模型的选择和参数的选取，以及它们如何影响模拟结果的分析，都给出了非常深入的见解。这本书给我最大的启发是，有限元数值模拟并非简单的“套公式”，而是需要对力学行为有深刻的理解，并能将其转化为数学语言，再通过算法实现。虽然我对书中某些高级算法的理解还需要时间消化，但这本书无疑为我打开了一扇通往塑性成形数值模拟领域的大门，让我对未来的学习和研究充满了信心。