金屬塑性成形有限元數值模擬 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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李蘭雲，劉靜，李淵博 著

圖書標籤:

• 金屬塑性成形
• 有限元
• 數值模擬
• 材料力學
• 金屬材料
• 仿真
• 工藝參數
• 結構力學
• 計算力學
• 塑性變形

齣版社： 中國石化齣版社

ISBN：9787511441911

版次：1

商品編碼：11974277

包裝：平裝

叢書名： 普通高等教育“十三五”規劃教材

開本：16

齣版時間：2016-08-01

用紙：膠版紙

頁數：236

字數：381000

編輯推薦

《金屬塑性成形有限元數值模擬》在簡要介紹金屬塑性成形變形力學知識的基礎之上，敘述瞭有限元數值模擬的基本原理、基本步驟，平麵和空間有限元模擬的基本方法；還介紹瞭金屬塑性成形的彈塑性有限元法和剛塑性有限元法，並且針對金屬塑性成形的微觀機理，介紹瞭目前的研究熱點——晶體塑性有限元方法。最後，介紹瞭大型商用非綫性有限元軟件ABAQUS，並在此軟件環境下給齣瞭若乾個塑性成形過程的模擬實例。

內容簡介

《金屬塑性成形有限元數值模擬》簡要介紹瞭金屬塑性成形理論基礎，並係統介紹瞭有限元法基礎理論；針對金屬塑性成形的特點，詳細介紹瞭彈塑性有限元法和剛塑性有限元法理論；從塑性變形的微觀機理齣發，介紹瞭晶體塑性有限元模擬的基礎理論；在應用方麵，介紹瞭大型商業有限元軟件ABAQUS在金屬塑性成形領域的建模方法，並給齣瞭若乾個實例以供參考。

目錄

第1章 概述
1.1 金屬塑性成形的特點及分類
1.1.1 金屬塑性成形的特點
1.1.2 金屬塑性成形的分類
1.2 金屬塑性成形問題的主要求解方法
1.2.1 主應力法
1.2.2 滑移綫法
1.2.3 極限分析法
1.2.4 視塑性法
1.2.5 有限差分法
1.2.6 有限元法
1.2.7 邊界元法
1.3 塑性成形有限元數值模擬關鍵技術
1.3.1 塑性成形有限元模擬技術概述
1.3.2 塑性成形過程有限元建模關鍵技術
第2章 金屬塑性變形力學基礎
2.1 金屬塑性變形的物理基礎
2.1.1 塑性的基本概念及塑性指標
2.1.2 塑性變形的基本形式
2.1.3 影響塑性的主要因素
2.2 應力分析
2.2.1 外力分析
2.2.2 點的應力狀態分析
2.2.3 應力平衡微分方程
2.3 應變分析
2.3.1 位移和應變
2.3.2 點的應變狀態分析
2.3.3 塑性變形時的體積不變條件
2.3.4 點的應變狀態與應力狀態比較
2.3.5 小應變幾何方程
2.4 平麵問題和軸對稱問題
2.4.1 平麵應力問題
2.4.2 平麵應變問題
2.4.3 軸對稱問題
2.5 屈服準則
2.5.1 屈服準則的概念
2.5.2 Tresca屈服準則
2.5.3 Mises屈服準則
2.5.4 屈服準則的幾何描述
2.5.5 應變硬化材料的屈服準則
2.6 塑性變形時的本構關係
2.6.1 彈性變形時的應力應變關係
2.6.2 塑性應力應變關係的特點
2.6.3 塑性變形的增量理論
2.6.4 塑性變形的全量理論
2.6.5 材料的真實應力應變麯綫
第3章 有限元法基礎
3.1 有限元法的基本概念
3.2 矩陣符號介紹
3.3 有限元的一般化理論基礎
3.3.1 微分方程的等效積分形式
3.3.2 加權餘量法
3.3.3 變分原理和裏茲法
3.3.4 能量變分原理
3.4 有限元法的求解步驟
3.4.1 連續介質的離散化
3.4.2 選擇位移函數
3.4.3 建立單元剛度矩陣
3.4.4 單元剛度矩陣的組裝及整體分析
3.5 綫彈性平麵問題的有限元法
3.5.1 三角形常應變單元
3.5.2 單元剛度矩陣和整體剛度矩陣
3.6 軸對稱問題的有限元法
3.6.1 單元離散化
3.6.2 三結點軸對稱單元的位移函數
3.6.3 三結點對稱單元應變與應力
3.6.4 三結點軸對稱單元的單元剛度矩陣
3.6.5 三結點軸對稱單元的整體剛度矩陣和載荷列陣
3.7 空間問題的有限元法
3.7.1 四麵體常應變單元的位移函數
3.7.2 四麵體常應變單元的應變矩陣
3.7.3 四麵體常應變單元的彈性矩陣
3.7.4 四麵體常應變單元的單元應力矩陣、剛度矩陣
3.7.5 四麵體常應變單元的單元等效結點載荷嚮量
第4章 金屬塑性成形彈塑性有限元分析
4.1 小變形彈塑性有限元分析
4.1.1 彈塑性有限元分析的本構關係
4.1.2 彈塑性有限元分析本構方程的解法
4.2 有限變形彈塑性有限元分析
4.2.1 有限變形問題的應變和應力
4.2.2 有限變形問題的本構方程
4.2.3 有限變形問題的有限元方程
4.3 動力分析法
4.3.1 有限元方程
4.3.2 動力分析有限元方程的求解方法
4.3.3 靜力分析的顯式積分法——動力鬆弛法
第5章 金屬塑性成形剛塑性有限元分析
5.1 剛（黏）塑性變分原理
5.1.1 基本方程和邊界條件
5.1.2 理想剛塑性材料的變分原理
5.1.3 剛塑性材料完全廣義變分原理
5.1.4 剛塑性材料不完全廣義變分原理
5.1.5 剛黏塑性材料的變分原理
5.2 剛塑性有限元求解的基本公式
5.2.1 離散化
5.2.2 剛塑性有限元基本公式
5.2.3 剛塑性問題分析步驟
5.3 剛塑性有限元法計算中的幾個特殊問題
5.3.1 初始速度場
5.3.2 收斂判據
5.3.3 摩擦條件
5.3.4 剛塑性交界麵處理
5.3.5 速度奇異點的處理
5.3.6 有限元網格的重劃分
5.4 剛黏塑性有限元分析
5.4.1 剛黏塑性問題描述
5.4.2 剛黏塑性材料的本構關係
5.5 熱力耦閤分析的有限元法
5.5.1 熱傳導問題的基本方程
5.5.2 熱傳導問題的單元分析及求解方程
5.5.3 變形與傳熱過程的耦閤分析
第6章 晶體塑性有限元數值模擬
6.1 晶體塑性理論基礎
6.1.1 晶體塑性變形運動學
6.1.2 晶體彈性本構關係
6.1.3 晶體彈塑性本構關係
6.1.4 剪應變速率的計算
6.1.5 滑移係硬化模型
6.2 基於位錯密度的晶體塑性本構理論
6.2.1 基於無符號位錯密度的本構理論
6.2.2 基於帶符號位錯密度的本構理論
6.3 大規模的晶體塑性理論
6.3.1 大規模塑性仿真的特殊性
6.3.2 宏觀織構的離散
6.3.3 均勻化方法
6.4 率相關晶體塑性有限元方法的實現
第7章 ABAQUS軟件簡介及使用方法
7.1 ABAQUS軟件簡介
7.1.1 ABAQUS總體介紹
7.1.2 ABAQUS基礎
7.1.3 ABAQUS的主要模塊
7.1.4 ABAQUS幫助文檔及支持服務
7.2 ABAQUS分析實例
7.2.1 綫性靜力學分析
7.2.2 非綫性分析
7.2.3 接觸工程分析
參考文獻

《現代材料力學與應用：基於先進計算方法》 內容簡介 在當今科技飛速發展的時代，對材料性能的深入理解和高效的工程應用變得尤為關鍵。本書《現代材料力學與應用：基於先進計算方法》旨在為讀者提供一個全麵且深入的視角，探討材料在各種載荷和環境作用下的力學行為，並重點介紹如何利用先進的計算方法來模擬、分析和優化材料的工程應用。本書不僅涵蓋瞭傳統材料力學的核心概念，更將目光聚焦於現代材料體係及其在尖端技術領域的應用，輔以先進的數值模擬手段，為材料工程師、機械工程師、土木工程師以及相關領域的研究者和學生提供一份詳實可靠的參考。 本書的編寫遵循循序漸進的原則，從基礎理論齣發，逐步深入到復雜的應用場景。 第一部分：材料力學基礎與現代發展 本部分將首先迴顧並深化讀者對經典材料力學基本概念的理解，包括應力、應變、彈性、塑性、屈服準則、強度理論等。在此基礎上，我們將重點介紹近年來材料力學領域的重要發展，特彆是針對新型功能材料、智能材料以及復閤材料的力學特性。例如，我們將探討形狀記憶閤金的復雜應變行為，壓電陶瓷的耦閤場效應，以及碳縴維復閤材料的各嚮異性力學性能。同時，書中會深入分析損傷力學、斷裂力學以及疲勞力學在理解材料失效過程中的重要作用，並介紹其在預測材料壽命和設計高可靠性結構中的應用。 第二部分：先進計算方法的原理與實踐 計算方法是現代材料研究和工程分析不可或缺的工具。本部分將詳細闡述幾種在材料科學與工程領域得到廣泛應用的先進計算方法。 連續介質模型與數值離散： 我們將從連續介質力學的基本方程齣發，闡述如何將其轉化為離散化的數學模型，以便計算機進行求解。這將包括對有限元方法（FEM）基本理論的深入解析，包括單元插值函數、形函數、剛度矩陣的建立、邊界條件的施加以及方程組的求解等。本書將強調 FEM 在處理復雜幾何形狀、材料非綫性和邊界條件方麵的強大能力。 其他重要數值模擬技術： 除瞭 FEM，本書還將介紹其他在材料領域有重要應用價值的數值模擬技術。例如，離散元法（DEM），特彆適用於模擬顆粒材料（如土壤、粉體）的聚集、流動和變形行為；光滑粒子動力學（SPM），在處理大變形、流體與固體耦閤以及自由錶麵問題時展現齣獨特優勢；分子動力學（MD），能夠從原子和分子層麵模擬材料的微觀行為，為理解宏觀力學現象提供基礎。我們將詳細解釋這些方法的原理、適用範圍、優缺點，並提供相應的應用案例，使讀者能夠根據具體問題選擇閤適的計算工具。 並行計算與高性能計算： 隨著模型規模的增大和計算復雜度的提高，並行計算和高性能計算（HPC）變得至關重要。本書將介紹並行計算的基本概念，包括任務分解、通信機製以及常用的並行編程模型（如 MPI 和 OpenMP）。同時，還將探討如何利用 HPC 集群來加速大型復雜材料模擬的計算過程，從而縮短研發周期，實現更精細化的分析。 第三部分：材料行為的數值模擬與分析 本部分是本書的核心內容之一，將把理論計算方法應用於實際的材料力學問題。 本構模型與非綫性分析： 現實世界中的材料行為往往是非綫性的，例如材料的塑性變形、損傷纍積、大應變以及溫度效應等。本書將詳細介紹各種常用的材料本構模型，包括綫彈性模型、彈塑性模型（如 J2 流動理論、Drucker-Prager 模型）、損傷演化模型、粘彈性模型和粘塑性模型等。我們將深入講解如何在數值模擬中實現這些非綫性本構模型，並重點關注非綫性方程組的求解策略，如牛頓-拉夫遜法。 斷裂與損傷的數值模擬： 材料在服役過程中常會發生斷裂和損傷。本書將介紹如何利用數值方法來模擬這些現象，包括基於位移除法的斷裂力學模擬（如 J-積分法、能量釋放率法），以及基於損傷力學的模擬，後者通過引入損傷變量來描述材料內部微觀損傷的纍積和擴展，最終導緻宏觀強度的下降和失效。我們將探討如何通過數值模擬來預測材料的斷裂韌性、疲勞壽命以及結構失效模式。 多尺度模擬方法： 許多材料的宏觀力學性能與其微觀結構密切相關。為瞭更準確地描述和預測材料行為，多尺度模擬方法應運而生。本書將介紹如何結閤不同尺度的模擬技術，例如將微觀尺度的原子模擬結果（如 MD）或介觀尺度的模型（如晶格模型）作為宏觀尺度的本構模型參數，或者將宏觀尺度的分析結果反饋到微觀尺度以指導材料設計。我們將重點討論跨尺度信息的傳遞和耦閤機製。 第四部分：先進材料的數值模擬應用案例 為瞭充分展示本書介紹的理論與方法，第四部分將提供一係列具有代錶性的應用案例，涵蓋瞭現代工程領域中材料力學的重要挑戰。 航空航天材料的模擬： 重點關注高性能閤金、復閤材料在極端載荷和溫度下的力學行為分析，包括結構強度、剛度、疲勞壽命以及熱應力分析。 汽車與交通運輸行業的材料模擬： 涵蓋輕量化材料（如鋁閤金、鎂閤金、高強度鋼）在碰撞安全、耐久性方麵的數值模擬，以及聚閤物復閤材料在汽車零部件中的應用。 能源領域的材料模擬： 例如，在核能、太陽能、風能等領域，材料需承受高溫、高壓、腐蝕等嚴苛條件，本書將展示如何模擬這些材料在復雜工況下的長期服役性能。 生物醫學材料的力學分析： 涉及仿生材料、植入體材料的力學特性，以及生物組織（如骨骼、軟組織）的力學響應模擬，關注材料與生物體的相互作用。 增材製造（3D 打印）材料的力學性能預測： 針對金屬、陶瓷、聚閤物等增材製造材料，分析打印過程對材料微觀結構和宏觀力學性能的影響，以及如何通過模擬優化打印參數和後處理工藝。 第五部分：軟件工具與工程實踐 本書雖然側重於原理和方法，但也會對工程實踐中常用的數值模擬軟件工具進行介紹和討論。我們將簡要介紹主流的商業有限元軟件（如 ABAQUS, ANSYS, COMSOL）以及開源軟件（如 CalculiX, Elmer），並討論它們在不同應用中的適用性。同時，本書將強調數值模擬結果的驗證和可靠性評估的重要性，包括與實驗數據的對比、網格收斂性研究以及參數敏感性分析。 結論 《現代材料力學與應用：基於先進計算方法》緻力於為讀者構建一個堅實的理論基礎，同時提供豐富的實踐指導。通過對材料力學基本原理的深刻闡釋，先進計算方法的詳細講解，以及豐富多樣的工程應用案例分析，本書旨在幫助讀者掌握運用現代計算工具解決復雜材料力學問題的能力，從而在各自的研發和工程實踐中取得突破。本書適閤材料科學、機械工程、土木工程、力學等相關專業的本科高年級學生、研究生以及從事材料研發、産品設計、工程分析的專業人士閱讀。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格非常學術化，論述嚴謹，邏輯清晰。對於想要深入理解金屬塑性成形數值模擬的讀者來說，它提供瞭一個非常紮實的理論基礎。書中對於塑性流動準則、屈服準則的詳細介紹，以及不同本構模型的數學錶達和物理意義的闡釋，讓我對金屬在變形過程中的微觀行為有瞭更深刻的認識。我特彆關注瞭書中關於“大變形”問題的處理方法，以及如何通過時間積分算法和空間離散化技術來保證模擬的穩定性和準確性。這部分內容對於模擬復雜的成形過程，如深拉伸、彎麯成形等，具有至關重要的意義。作者在講解過程中，並沒有簡單地給齣結論，而是通過詳細的推導過程，引導讀者一步步理解公式的由來和應用。這種“授人以漁”的教學方式，使得讀者不僅僅是知識的接收者，更是知識的創造者。雖然這本書對於初學者來說可能存在一定的難度，但其內容的高度專業性和深度，絕對能夠滿足那些希望在金屬塑性成形數值模擬領域進行深入研究的科研人員和高級工程師的需求。這本書更像是研究者們的一本“工具書”，它提供瞭解決問題的思路和方法，讓讀者能夠獨立地去探索和解決更復雜的問題。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就透著一股嚴謹與厚重感，深邃的藍色背景搭配銀色的金屬質感文字，仿佛直接點齣瞭書的核心——金屬塑性成形的模擬世界。我是一名剛剛接觸有限元方法的在讀研究生，對於塑性成形這個方嚮有著濃厚的興趣，但實際操作中常常感到力不從心。翻閱這本書，我最直觀的感受是其內容的組織非常有條理。從最基礎的塑性力學理論講起，循序漸進地引齣有限元方法的原理，然後是數值算法的講解，最後纔聚焦到金屬塑性成形的具體應用。這種層層遞進的結構，對於我這樣需要打好基礎的讀者來說，無疑是巨大的福音。特彆是書中的理論推導部分，作者並沒有迴避復雜的數學公式，而是通過清晰的步驟和詳盡的解釋，將抽象的概念具象化。我反復研讀瞭關於本構模型和應變率效應的部分，作者對於不同材料模型的選擇和參數的選取，以及它們如何影響模擬結果的分析，都給齣瞭非常深入的見解。這本書給我最大的啓發是，有限元數值模擬並非簡單的“套公式”，而是需要對力學行為有深刻的理解，並能將其轉化為數學語言，再通過算法實現。雖然我對書中某些高級算法的理解還需要時間消化，但這本書無疑為我打開瞭一扇通往塑性成形數值模擬領域的大門，讓我對未來的學習和研究充滿瞭信心。

評分☆☆☆☆☆

這本書無疑是一部關於金屬塑性成形數值模擬的權威著作。它的內容涵蓋瞭該領域的幾乎所有重要方麵，從理論基礎到高級應用，無所不包。我對於書中關於“失效準則”的討論印象深刻，作者詳細介紹瞭不同類型的失效（如斷裂、屈服、起皺等）在塑性成形過程中的錶現，以及如何通過數值模擬來預測和避免這些失效。這對於提高零件的成形成功率和産品質量具有直接的指導意義。此外，書中對於“多場耦閤”問題的處理，例如考慮溫度、應力、應變等多物理場之間的相互影響，也進行瞭深入的探討。在實際的塑性成形過程中，溫度的變化往往會對材料的力學性能産生顯著影響，而準確地模擬這些耦閤效應，是獲得可靠模擬結果的關鍵。書中通過詳細的算例，展示瞭如何建立和求解這類復雜的耦閤模型。對於從事塑性成形研究的學者和工程師來說，這本書無疑是不可或缺的參考資料，它不僅提供瞭理論框架，更重要的是，它指明瞭研究的方嚮和解決問題的思路，是推動該領域技術進步的重要力量。

評分☆☆☆☆☆

我是一個業餘愛好者，對金屬加工工藝一直抱有好奇心，尤其對一些看似復雜的金屬成形過程，例如冷鐓、擠壓等，非常想知道它們是如何通過精確的計算和設計來實現的。偶然間在書店看到瞭這本《金屬塑性成形有限元數值模擬》，雖然我沒有太多的專業基礎，但它的標題吸引瞭我。我試著翻閱瞭一下，發現書中的插圖和圖示非常多，這對我這樣的非專業人士來說非常友好。雖然有些理論部分我暫時無法完全理解，但通過圖示和案例，我大緻瞭解瞭數值模擬是如何將現實世界中的金屬變形過程，通過一係列的計算轉化為電腦屏幕上的可視化圖像。書中關於不同成形工藝的模擬分析，例如如何通過改變模具形狀來控製材料的流動，如何預測零件的開裂或起皺等，都讓我大開眼界。我尤其喜歡書中的一些“仿真過程”的截圖，可以看到材料是如何一點點地被拉伸、壓縮，最終形成所需的形狀。這本書雖然篇幅不小，但整體的可讀性還是比較強的，它激發瞭我對工程仿真技術更深的興趣，也讓我對金屬加工的工藝有瞭更直觀的認識。

評分☆☆☆☆☆

作為一名經驗豐富的工程師，我在工作中經常需要處理金屬零件的衝壓、鍛造等成形過程。過去，我們主要依靠經驗和大量的試模來優化工藝參數，這不僅耗時耗力，而且成本高昂。偶然的機會，我讀到瞭這本《金屬塑性成形有限元數值模擬》，原本抱著試試看的心態，沒想到這本書的內容讓我眼前一亮。它並非泛泛而談，而是深入到瞭模擬的每一個關鍵環節。書中關於網格劃分的策略，不同單元類型在塑性變形中的優劣分析，以及接觸算法的精度與效率之間的權衡，都進行瞭非常詳盡的闡述。我尤其欣賞書中關於“模型驗證”的章節，作者強調瞭模擬結果與實際試驗數據對比的重要性，並給齣瞭幾種有效的驗證方法。這對於我們工程實踐者來說，是至關重要的。以往有些模擬軟件輸齣的結果，雖然看起來很“漂亮”，但實際應用中卻相差甚遠，原因往往在於模型本身的局限性或者參數設置的不閤理。這本書提供瞭從理論到實踐的完整鏈條，幫助我們理解模擬的“為什麼”和“怎麼做”，從而能夠更自信地運用模擬工具來指導生産。書中提供的案例分析，也與我日常工作中遇到的問題高度契閤，讓我能夠直接將書中的知識應用到實際工作中，解決生産難題。