三维复杂金属塑性成形过程数值模拟中的网格质量研究.pdf

上海交通大学

硕士学位论文

三维复杂金属塑性成形过程数值模拟中的网格质量研究

姓名：董万鹏

申请学位级别：硕士

专业：材料加工工程

指导教师：陈军

20040101
三维复杂金属塑性成形过程数值模拟中的网格质量研究

摘要

研究三维复杂金属成形过程数值模拟中的网格质量控制技术将有助于优化畸变网格改善网格
质量减少网格再划分的次数从而提高现有计算机辅助分析软件的模拟精度和效率本文从基于
有限元的数值模拟技术在三维复杂金属成形过程中的应用出发对基于有限元的数值模拟系统的有
限元基本方程刚塑性材料的变分原理和应力计算等关键性理论作了扼要的研究和阐述
本文探讨了三维复杂金属成形有限元系统中前处理的关键技术在对三维复杂金属成形过程数
值模拟的分析中比较并选用了具有较好抗网格畸变能力的六面体单元离散研究对象提出在充分利
用现有成熟技术的基础之上来研究三维复杂金属成形过程数值模拟的网格质量控制通过全面回顾
三维六面体有限元网格自动生成技术网格重划分技术以及网格质量优化技术提出了修正的基于
网格畸变能量的网格质量控制方法与此休戚相关的历史状态变量传递技术本文也作出了相应的探
讨
在讨论了基于畸变能网格质量控制系统框架的支撑技术的基础之上本文系统地分析了网格质
量控制系统的特点和实现模式重划分判据的使用以及和商用DEFORM软件的交互性选择了C
作为系统的开发语言针对基于畸变能的网格质量控制技术提出了相应的算法该算法的核心
是寻求网格结点最大限度地接近于理想的六面体的相应结点在此基础上实现了对有限元网格质
量的调整和控制
本文设计了基于DEFORM3D的有限元数据基实现了基于畸变能的网格质量控制技术和现有
商用软件的无缝集成并解决了有限元数据从面向过程到面向对象的程序设计中的表达难题在此
基础之上应用了集成对象的系统建模和面向对象的程序设计技术从而把网格质量体系技术网
格质量控制技术和历史场量传递技术结合起来构建了一个基于畸变能的网格质量控制系统框架
并采用C作为工具语言开发了基于畸变能的网格质量控制模块验证了本文的研究思路的可
行性与有效性局部改善了三维复杂金属成形过程数值模拟中畸变的六面体网格质量

关键词金属成形数值模拟有限元法六面体单元网格质量控制网格重划分

I
ResearchonMeshQualityTechnologiesof3DComplex
MetalFormingProcessNumericalSimulation

ABSTRACT

Researchonmeshqualitytechnologiesof3Dcomplexmetalformingprocessnumericalsimulation
willadvanceourcurrentcomputer-aideddesignmode,andleadusintoanewepochofdesignand
manufacturingmoreefficiently.ThisthesisstartsfromtheapplicationsofFEMbasednumericalsimulation
technologyin3DcomplexmetalformingprocessandgivesabriefdiscussiononFEMessentialequations,
variationalprinciple&stresscalculationmethods.
KeytechnologiesofpreprocessorinFEMsystemdesignedfor3Dcomplexmetalformingprocessis
initiallyanalyzedanddiscussed.Thehexahedronelementischosentodiscritizatonforitsanti-aberrance
fromalltheaspectsofFEMbasednumericalsimulationtechnologyin3Dcomplexmetalformingprocess.
Asuggestionaboutcurrentresearchworkshouldbelaidontechnologieswhichhasbeenwelldeveloped
andtestifiedonmeshqualitycontrolisbroughtforward.Inthisdissertation,anmeshqualitycontrol
methodbasedonaberrationenergyisalsoproposedwhichisinitiatedfromtheanalysisincludingmesh
generationtechnology,mes