材料成形CAD/CAE技術與應用

第1章緒論1

1.1前言1

1.2材料成形CAD/CAE概述2

1.2.1傳統(tǒng)分析法的弱點2

1.2.2工程意義2

1.2.3應用現(xiàn)狀4

1.2.4發(fā)展趨勢7

1.3常見通用CAD/CAE系統(tǒng)9

思考題10

第2章計算機輔助設計（CAD）技術及應用11

2.1CAD技術概述11

2.1.1CAD定義11

2.1.2CAD技術的發(fā)展歷程12

2.1.3現(xiàn)代CAD的技術特征14

2.1.4CAD系統(tǒng)功能組成15

2.2幾何造型技術17

2.2.1形體的定義18

2.2.2線框模型19

2.2.3表面模型19

2.2.4實體模型20

2.3參數(shù)化建模技術23

2.3.1參數(shù)化建模概述23

2.3.2基于約束驅(qū)動的草圖繪制25

2.3.3常用的參數(shù)化設計方法27

2.4特征建模技術28

2.4.1特征的定義與分類28

2.4.2參數(shù)化設計軟件中的特征28

2.4.3特征建模方法30

2.4.4特征關系40

2.5裝配建模技術41

2.5.1裝配建模原理41

2.5.2裝配建模方法43

2.5.3裝配約束分類44

2.6數(shù)據(jù)交換技術46

2.6.1產(chǎn)品數(shù)據(jù)定義46

2.6.2產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準47

2.6.3常見數(shù)據(jù)交換標準48

2.7CAD系統(tǒng)智能設計技術53

2.7.1人工智能53

2.7.2專家系統(tǒng)54

2.7.3模糊理論55

2.7.4人工神經(jīng)網(wǎng)絡56

2.7.5虛擬現(xiàn)實技術58

2.8逆向工程技術59

2.8.1逆向工程的定義59

2.8.2逆向設計流程60

2.8.3三維掃描技術與設備61

2.8.4主流專業(yè)軟件介紹65

2.8.5實例操作67

思考題78

第3章計算機輔助工程(CAE)技術基礎94

3.1有限元分析概述94

3.2有限元法基礎95

3.2.1基本概念與思路95

3.2.2有限元方程的建立與應用96

3.2.3有限元解的收斂性與誤差控制104

3.2.4非線性問題的有限元法107

3.2.5有限元求解應用問題的一般步驟109

3.3有限差分法基礎110

3.3.1基本概念110

3.3.2有限差分數(shù)學知識111

3.3.3利用FDM求解應用問題的一般步驟113

3.4CAE分析的若干注意事項113

3.4.1簡化模型113

3.4.2選擇單元114

3.4.3劃分網(wǎng)格116

3.4.4建立初始條件和邊界條件117

3.4.5定義材料參數(shù)118

思考題118

第4章塑料注射成型CAE技術及應用119

4.1概述119

4.1.1塑料注射成型CAE技術的研究內(nèi)容119

4.1.2CAE技術在塑料注射成型中的應用119

4.2注射成型CAE技術基礎123

4.2.1流動模擬124

4.2.2保壓分析126

4.2.3冷卻分析129

4.2.4結(jié)晶、取向分析131

4.2.5應力與翹曲分析131

4.3主流專業(yè)軟件簡介132

4.3.1Moldflow132

4.3.2其他軟件133

4.4CAE前處理參數(shù)設置136

4.4.1網(wǎng)格模型技術136

4.4.2網(wǎng)格統(tǒng)計與修復137

4.4.3一模多腔布置140

4.4.4澆注系統(tǒng)和冷卻水道創(chuàng)建140

4.5操作實例141

4.5.1模擬分析前的準備141

4.5.2分析結(jié)果及其應用144

4.5.3堵蓋成型的裂紋問題146

思考題149

第5章金屬鑄造成型CAE技術及應用150

5.1概述150

5.1.1鑄造CAE技術的研究內(nèi)容150

5.1.2CAE技術在鑄造成型中的應用151

5.2鑄造成型CAE技術基礎153

5.2.1鑄件凝固過程CAE153

5.2.2鑄液充型過程CAE160

5.2.3鑄件凝固收縮缺陷的CAE167

5.3主流專業(yè)軟件簡介172

5.3.1MAGMASoft172

5.3.2ProCAST173

5.3.3華鑄CAE174

5.3.4其他軟件174

5.4CAE分析參數(shù)設置(HZCAE重力鑄造)177

5.4.1網(wǎng)格劃分及檢查177

5.4.2純凝固傳熱計算(第1種計算)178

5.4.3純充型流動計算(第2種計算)178

5.4.4充型與傳熱耦合計算(第3種計算)180

5.4.5基于耦合的凝固計算(第4種計算)181

5.5操作案例182

5.5.1問題描述182

5.5.2CAE分析參數(shù)設置184

5.5.3分析結(jié)果與討論189

思考題191

第6章板料沖壓成形CAE技術及應用192

6.1概述192

6.1.1板料沖壓成形的基本方法192

6.1.2CAE技術在沖壓成形中的應用193

6.2大變形彈塑性有限元法201

6.2.1大變形下的應變與應力201

6.2.2大變形彈塑性本構(gòu)方程206

6.2.3大位移有限應變彈塑性有限元剛度方程206

6.3主流專業(yè)軟件簡介208

6.3.1Dynaform209

6.3.2PAMSTAMP211

6.3.3其他軟件211

6.4CAE分析參數(shù)設置213

6.4.1單元選擇與單元尺寸控制213

6.4.2材料模型的確定217

6.4.3拉深筋的處理220

6.4.4界面接觸與摩擦222

6.4.5毛坯尺寸的反向設計223

6.4.6模具的運動和加載226

6.4.7沖壓速度的設置226

6.4.8多工步成形設置227

6.5操作實例1——S軌制件的沖壓成形228

6.5.1準備分析模型228

6.5.2設置分析參數(shù)與補充、定位網(wǎng)格模型230

6.5.3計算求解233

6.5.4判讀分析結(jié)果235

6.5.5成形質(zhì)量改善途徑235

6.6操作實例2——多工步?jīng)_壓成形236

6.6.1工藝方案的制定236

6.6.2有限元模型的建立237

6.6.3CAE分析結(jié)果討論238

思考題243

第7章金屬焊接成形CAE技術及應用244

7.1概述244

7.1.1焊接成形CAE的研究內(nèi)容244

7.1.2CAE技術在焊接成形中的應用245

7.1.3焊裝變形預測247

7.2焊接過程CAE250

7.2.1熔池傳熱數(shù)學模型251

7.2.2初邊值條件254

7.2.3計算方法256

7.2.4焊接熱過程CAE的若干問題256

7.3主流專業(yè)軟件簡介262

7.4操作實例1——ANSYS263

7.5操作案例2——SYSWELD267

7.5.1有限元模型的構(gòu)建267

7.5.2網(wǎng)格檢查及清理268

7.5.3焊接工藝設置271

7.5.4后處理277

思考題278

參考文獻279