金属塑性成形的有限元模拟技术及应用

　　第1章 概论
　　1.1 有限单元法发展历史简介
　　1.2 有限单元法在塑性成形中的应用
　　1.3 商业有限元软件简介
　　1.4 本书中采用的一些约定弹性力学变分原理
　　第2章 弹性力学变分原理
　　2.1.1 几何方程
　　2.1.2 平衡方程
　　2.1.3 本构方程
　　2.1.4 边界条件
　　2.2 变分法知识基础、Galerkin法和Ritz法简介
　　2.2.1 预备知识
　　2.2.2 古典变分问题举例
　　2.2.3 泛函变分与微分方程的关系
　　2.2.4 Galerkin法以及微分方程转化为泛函变分原理的问题
　　2.2.5 Ritz法求泛函变分问题的近似解
　　2.3 弹性力学变分原理
　　2.3.1 有关弹性力学变分原理的一些基本概念
　　2.3.2 虚位移原理
　　2.3.3 最小势能原理
　　2.3.4 虚应力原理
　　2.3.5 最小余能原理
　　2.3.6 广义变分原理
　　第3章 弹性力学问题有限元方法的基本原理
　　3.1 位移元模型
　　3.2 单元位移模式和试探函数
　　3.4 单元势能表达与单元刚度矩阵
　　3.5 单元等效节点载荷
　　3.6 整体刚度矩阵集成
　　3.7 位移边界条件的引入
　　3.8 整体结构方程的求解
　　3.9 有限元解收敛性的讨论
　　第4章 平面和空间单元的构造方法
　　4.1 构造形状函数的基本原则
　　4.2 平面三角形单元
　　4.2.1 面积坐标
　　4.2.2 三角形单元形函数构造
　　4.2.3 三角形单元的刚度矩阵
　　4.2.4 等效节点载荷
　　4.3 矩形单元
　　4.3.1 形函数构造
　　4.3.2 单元刚度矩阵
　　4.4 轴对称问题
　　4.4.1 单元位移函数
　　4.4.2 单元应力场和应变场
　　4.4.3 单元刚度阵
　　4.4.4 等效节点载荷
　　4.5 空间4节点四面体单元
　　4.5.1 单元位移函数
　　4.5.2 单元应变场与应力场的表达
　　4.5.3 单元刚度矩阵
　　4.6 空间8节点长方体单元
　　第5章 等参单元
　　5.1 坐标系的映射
　　5.2 应变矩阵B的建立
　　5.3 单元刚度矩阵Ke和等效节点载荷
　　5.4 平面8节点等参元
　　5.5 三维空间等参元
　　5.6 数值积分方法
　　5.7 数值积分阶次的选择
　　第6章 板单元设计
　　6.1 薄板基本理论
　　6.1.1 基本假设
　　6.1.2 应变和应力
　　6.1.3 薄板横截面上的内力和应力
　　6.1.4 边界条件和单元刚度阵
　　6.2 四节点矩形薄板单元
　　6.3 三角形薄板单元
　　6.4 中厚板单元
　　6.4.1 中厚板基本理论
　　6.4.2 单元刚度阵
　　6.4.3 单元与性能分析
　　第7章 非协调单元
　　7.1 Wilson非协调元
　　7.2 分片检验条件
　　7.3 非协调分析的稳定性条件
　　7.4 能量相容性分析和构造非协调元的一般公式
　　7.5 单元形函数的构造
　　7.6 数值算例
　　7.6.1 分片检验
　　7.6.2 悬臂梁的弯曲
　　7.6.3 单元不可压缩性能考察
　　第8章 弹塑性有限元法
　　8.1 材料屈服准则
　　8.1.1 Tresca屈服准则（最大切应力条件）
　　8.1.2 Mises屈服准则（能量条件）
　　8.2 弹塑性有限元法的本构关系
　　8.2.1 弹性阶段
　　8.2.2 弹塑性阶段
　　8.3 变刚度法
　　8.3.1 定加载法
　　8.3.2 变加载法
　　8.3.3 位移法
　　8.4 初载荷法
　　8.4.1 初应力法
　　8.4.2 初应变法
　　8.5 残余应力和残余应变的计算
　　8.6 极限载荷的确定
　　第9章 刚塑性有限元法
　　9.1 引言
　　9.2 刚塑性增量理论的广义变分原理
　　9.2.1 基本方程
　　9.2.2 不完全的广义变分原理
　　9.3 Lagrange乘子法
　　9.3.1 离散化
　　9.3.2 线性化
　　9.4 材料可压缩性法
　　9.4.1 理论基础
　　9.4.2 系数g的取值
　　9.4.3 求解方程的建立
　　9.5 罚函数法
　　9.5.1 求解方程的建立
　　9.5.2 应力的求取
　　9.6 刚塑性有限元法计算中的几个问题
　　9.6.1 初始速度场
　　9.6.2 收敛判据
　　9.6.3 缩减系数β值的选取
　　9.6.4 奇异点的处理
　　9.6.5 摩擦条件
　　9.6.6 刚塑性交界面问题
　　9.6.7 卸载问题
　　9.6.8 比较拉格朗日乘子法和罚函数法的收敛性
　　第10章 粘塑性有限元法
　　10.1 一维本构关系
　　10.2 弹粘塑性的本构关系
　　10.3 刚粘塑性的本构关系
　　10.4 弹粘塑性有限元法
　　第11章 弹塑性有限变形的有限元法基本方程
　　11.1 概述
　　11.2 弹塑性有限变形的Lagrange描述法
　　11.2.1 虚功方程和基本方程
　　11.2.2 Lagrange描述的刚度方程
　　11.2.3 增量形式的刚度方程
　　11.2.4 弹塑性材料的本构关系
　　11.2.5 外载荷的形式
　　11.3 弹塑性有限变形的Euler描述法
　　11.3.1 虚功方程和基本公式
　　11.3.2 弹塑性有限变形Euler描述法的有限元方程
　　11.3.3 本构关系
　　11.3.4 单元刚度矩阵及其展开式
　　第12章 塑性加工过程中的传热问题
　　12.1 概述
　　12.2 热传导问题的基本方程
　　12.3 热传导中的变分应用
　　12.4 轴对称问题的变分
　　12.5 三维热传导问题的单元分析及求解方程
　　12.6 轴对称问题的求解方程及其展开式
　　第13章 有限元数值模拟应用实例
　　13.1 轧制变形过程的数值模拟实例
　　13.1.1 平轧变形过程的模拟
　　13.1.2 三辊行星轧制管坯变形模拟仿真
　　13.2 挤压成形过程的数值模拟实例
　　13.2.1 静液挤压变形过程的模拟
　　13.2.2 正挤压过程的数值模拟
　　13.2.3 不同型线凹模挤压过程的数值模拟
　　13.2.4 型材挤压的变形模拟
　　13.3 拉拔变形过程的数值模拟实例
　　13.4 自由锻变形过程的数值模拟实例
　　13.4.1 镦粗变形过程的数值模拟
　　13.4.2 局部镦粗变形过程的数值模拟
　　13.4.3 拔长工步的变形模拟
　　13.5 模锻变形的数值模拟实例
　　13.5.1 开式模锻的变形模拟
　　13.5.2 闭式模锻的变形模拟
　　13.5.3 火车车轮成形过程的数值模拟
　　13.5.4 叶片精锻成形的三维有限元分析
　　13.6 板料成形过程的数值模拟实例
　　13.6.1 板料弯曲变形过程的数值模拟
　　13.6.2 板料拉延变形过程的数值模拟
　　13.6.3 管材弯曲的数值模拟
　　13.6.4 管材胀形的数值模拟
　　13.7 连续挤压过程的数值模拟实例
　　13.8 镁合金轮毂半固态触变成形过程的数值模拟
　　13.9 变形过程热场的数值模拟实例
　　13.9.1 挤压过程热效应的模拟计算
　　13.9.2 镁合金连续铸轧过程温度场的数值模拟
　　13.9.3 铜扁线连续挤压过程温度场的数值模拟
　　第14章 有限元在金属微塑性成形中的应用
　　14.1 金属微加工过程中的尺度效应
　　14.2 反映尺度效应的连续介质物理模型
　　14.3 应变梯度偶应力理论简介
　　14.4 应变梯度偶应力理论的有限元实施
　　14.5 应变梯度非协调元构造
　　14.6 数值算例
　　14.6.1 具有尺度效应的线弹性薄梁弯曲问题
　　14.6.2 小孔应力集中问题中的尺度效应
　　14.7 超薄板料微弯曲成形过程中尺度效应的数值研究
　　14.8 讨论
　　第15章 无网格法及其在塑性成形模拟中的应用
　　15.1 无网格法简介
　　15.2 无网格法基本原理与分类
　　15.2.1 微分方程的离散方案
　　15.2.2 近似函数的构造
　　15.3 无网格法实施过程
　　15.4 无网格法在塑性成形模拟中的应用实例
　　15.5 讨论与展望
　　参考文献

　　    谢水生，1944年生，江西赣州人。现任北京有色金属研究总院教授、博士生导师，有色金属材料制备加工国家重点实验室总工程师。1986年于清华大学获得工学博士学位。现兼任中国有色金属学会理事、合金加工学术委员会主任，北京市机械工程学会理事、压力加工分会主任，中国机械工程学会塑性工程分会理事、半固态加工学术委员会副主任，中国核学会核材料专业学会常务理事，国际半固态科学委员会委员，《稀有金属》、《塑性工程学报》、《锻压技术》、《有色金属再生与应用》期刊编委，南昌大学、燕山大学、江西理工大学、河南理工大学兼职教授。
　　    长期从事有色金属材料制备加工技术研究，主持国家“863”高技术研究课题7项、国家自然科学基金项目8项、国家科技攻关课题8N和国际合作项目多项，获部级一等奖1项、二等奖3项，三、四等奖多项，国家专利14项；在国内外刊物上发表论文160余篇，出版《金属塑性成形理论》、《金属塑性成形工步的有限元数值模拟》、《半固态金属加工技术及其应用》、《金属塑性成形的试验方法》、《铝合金材料的应用与技术开发》、《铝加工问答50017I》、《金属半固态加工技术》、《镁合金制备及加工技术》等，组织《铝加工技术实用手册》的编写工作，参加《有色金属手册》、《中国材料百科全书》和《材料科学与工程手册》的编写工作。
　　    李雷，1975年4月生，山西原平人。2003年于中国科学技术大学获工学博士学位，现于海亮集团从事企业博士后研究。副教授、硕士生导师，河南理工大学青年骨干教师，国际计算力学学会会员。发表论文30余篇，其中SCI、EI收录15篇。作为主要参与者，完成国家自然科学基金研究项目4项，国家“863”高技术课题2项；目前主持国家科技支撑计划项目子课题1项。主要研究方向为金属塑性加工技术、铜合金加工技术以及金属成形数值模拟技术。

　　    《金属塑性成形的有限元模拟技术及应用》分15章，分别介绍了：有限单元法的发展、在塑性成形中的应用及常用商业软件；有限元法的数学理论基础；有限元的一般实施步骤；常用平面和空间单元的构造方法；等参单元的构造方法；常用板单元的构造方法；高性能的非协调单元；小变形弹塑性有限元法；刚塑性有限元法；粘塑性有限元法；弹塑性有限变形的有限元法；塑性加工过程的传热问题；数值模拟塑性成形的应用实例；微塑性成形中尺度效应的数值模拟；无网格法在塑性成形模拟中的应用。《金属塑性成形的有限元模拟技术及应用》可作为金属塑性成形专业的本科和研究生专业课教材，也可供从事材料加工工程及相关专业的科研工作者、技术人员，以及相关工程技术人员及研究人员参考。