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項(xiàng)目名稱(chēng)： 塑性成形數(shù)值模擬理論與模具優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
推薦單位： 山東省
項(xiàng)目簡(jiǎn)介： 本項(xiàng)目屬于塑性加工工藝及設(shè)備科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
多工序精密塑性成形的預(yù)成形和模具形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)是塑性加工領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題，缺乏有效的理論設(shè)計(jì)方法，本項(xiàng)目主要研究?jī)?nèi)容如下：
（1）重點(diǎn)研究了模具優(yōu)化設(shè)計(jì)方法所涉及的基礎(chǔ)理論問(wèn)題。提出了基于塑性有限元的靈敏度分析理論和多工序成形模具優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，推證了節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)/溫度/速度、單元?jiǎng)偠染仃?節(jié)點(diǎn)力向量對(duì)設(shè)計(jì)變量的靈敏度方程及其數(shù)學(xué)關(guān)系，開(kāi)發(fā)了模具形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，解決了模具形狀、坯料尺寸和制坯鐓粗比的優(yōu)化設(shè)計(jì)，突破了精密塑性成形工藝模具設(shè)計(jì)與工程優(yōu)化方法難以結(jié)合的難題。
（2）研究了上限元和有限元反向數(shù)值模擬理論與預(yù)成形設(shè)計(jì)方法，建立了較完整的反向模擬與預(yù)成形設(shè)計(jì)理論體系。提出了一種與現(xiàn)行模鍛設(shè)計(jì)所用控制方式完全不同的控制材料“先內(nèi)后外"流動(dòng)的精密模鍛方法，提出了基于鍛件形狀復(fù)雜程度的邊界條件控制準(zhǔn)則和反向模具接觸跟蹤方法等，成功應(yīng)用于多種多工序鍛造工藝和模具設(shè)計(jì)。
（3）系統(tǒng)研究了上限元和有限元數(shù)值模擬理論、方法和模擬技術(shù)，提出了合理的上限單元?jiǎng)澐譁?zhǔn)則及其類(lèi)型，建立了各類(lèi)單元的基本方程。解決了塑性有限元模擬的關(guān)鍵技術(shù)和算法，建立了四邊形網(wǎng)格自動(dòng)生成的區(qū)域分解算法和變密度三維全六面體網(wǎng)格自適應(yīng)生成算法，開(kāi)發(fā)了網(wǎng)格自動(dòng)生成和塑性成形過(guò)程模擬軟件，豐富了塑性有限元理論和模擬方法。
本項(xiàng)目論文被SCI/EI收錄114篇（SCI收錄34篇，EI收錄80篇）；被他人引用358次，被SCI他人引用101次，被EI他人引用51次；SCI他人引用國(guó)際期刊30種，SCI他人引用作者分布在美、英、法、德、韓、澳、印度、俄羅斯、葡萄牙等10余國(guó)家。理論研究成果被編入《中國(guó)模具大典》第一卷和《中國(guó)材料工程大典》第一卷。
主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)： （1）將塑性成形數(shù)值模擬理論與工程優(yōu)化方法相結(jié)合，針對(duì)未曾研究的多工序模具優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題展開(kāi)探索，提出建立了基于塑性有限元的靈敏度分析理論和模具優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，推證了節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、節(jié)點(diǎn)速度、單元?jiǎng)偠染仃嚒卧?jié)點(diǎn)力向量、節(jié)點(diǎn)溫度對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的靈敏度方程及其彼此之間的數(shù)學(xué)關(guān)系；建立了單工序鍛造毛坯形狀和預(yù)鍛坯鐓粗比優(yōu)化設(shè)計(jì)方法；自主開(kāi)發(fā)了模具形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，成功應(yīng)用于多工序體積成形中的模具形狀、坯料尺寸和制坯鐓粗比的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
所屬學(xué)科：塑性成型學(xué)4601570。
支持本發(fā)現(xiàn)點(diǎn)的代表性論文：Int. J. for Numer. Meth. in Engng, 40(1997)1213、Int. J. of Mach. Tools & Manuf., 37(1997)1251、J. of Mater. Engng. & Perform., 6(1997)303 、J. of Mater. Process. Tech., 128 (2002) 25、J. of Mater. Process. Tech., 147(2004), 217）。
（2）研究了基于上限元和有限元的反向數(shù)值模擬理論與預(yù)成形設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)建立了上限元和有限元的反向模擬理論和預(yù)成形設(shè)計(jì)方法，包括反向模擬方法、速度場(chǎng)迭代及收斂、幾何迭代及收斂、邊界條件控制等。提出了一種與現(xiàn)行模鍛設(shè)計(jì)完全不同的控制材料"先內(nèi)后外"流動(dòng)的精密模鍛方法，通過(guò)預(yù)成形設(shè)計(jì)，可定量控制飛邊體積和實(shí)現(xiàn)少無(wú)飛邊精密成形。研究發(fā)現(xiàn)反向模擬預(yù)成形設(shè)計(jì)關(guān)鍵是邊界條件設(shè)定問(wèn)題，提出了基于鍛件形狀復(fù)雜程度的控制準(zhǔn)則和反向模具接觸跟蹤方法，成功應(yīng)用于鏈軌節(jié)、透平圓盤(pán)和賽車(chē)后橋下臂等復(fù)雜多工序鍛件的求逆過(guò)程和預(yù)成形設(shè)計(jì)。
所屬學(xué)科：塑性成型學(xué)4601570。
支持本發(fā)現(xiàn)點(diǎn)的代表性論文：Int. J. of Mach. Tools & Manuf. 35(1995)1225、Int. J. of Mach. Tools & Manuf., 36(1996)755、J. of Mater. Process. Tech., 121(2002)173）。
（3）建立了上限元數(shù)值模擬基本理論、方法與關(guān)鍵技術(shù)，提出了合理的單元?jiǎng)澐譁?zhǔn)則和單元類(lèi)型，系統(tǒng)推導(dǎo)了各類(lèi)單元的基本方程，規(guī)范和完善了上限元基本理論和數(shù)學(xué)方程。提出了模擬金屬流動(dòng)所遵循的準(zhǔn)則，建立了上限元復(fù)合模擬塊方法。建立了金屬塑性成形過(guò)程有限元模擬的系列關(guān)鍵技術(shù)和算法，提出了一種密度控制和區(qū)域分解相結(jié)合的四邊形網(wǎng)格自動(dòng)生成算法和一種基于柵格法的變密度三維全六面體網(wǎng)格自適應(yīng)生成算法，實(shí)現(xiàn)了在厚度較小的特征區(qū)域和曲率較大區(qū)域局部協(xié)調(diào)加密及平緩變密度的網(wǎng)格自動(dòng)剖分。自主開(kāi)發(fā)了四邊形、六面體有限元網(wǎng)格自動(dòng)生成與再生成軟件和體積塑性成形過(guò)程有限元模擬軟件。
所屬學(xué)科：塑性成型學(xué)4601570。
支持本發(fā)現(xiàn)點(diǎn)的代表性論文：J. of Mater. Process. Tech.,34(1992)349、Int. J. Mach. Tools & Manuf.,34(1994)161、J. of Mater. Engng. & Perform., 6(1997)303、J. of Mater. Process. Tech., 147(2004) 217）。
主要完成人： 1. 趙國(guó)群
1. 本人對(duì)本項(xiàng)目1、2、3發(fā)現(xiàn)點(diǎn)有突出貢獻(xiàn)。提出建立了基于塑性有限元的靈敏度分析理論和模具優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，推證了靈敏度方程及其數(shù)學(xué)關(guān)系，解決了多工序塑性成形的模具形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題；建立了有限元反向模擬理論和預(yù)成形設(shè)計(jì)方法，提出了基于鍛件形狀復(fù)雜程度的控制準(zhǔn)則和反向模具接觸跟蹤方法；建立了金屬塑性成形過(guò)程有限元模擬的系列關(guān)鍵技術(shù)和算法，提出了一種密度控制和區(qū)域分解相結(jié)合的四邊形網(wǎng)格自動(dòng)生成方法和基于柵格法的變密度三維全六面體網(wǎng)格自適應(yīng)生成算法。
2. 支持本人發(fā)現(xiàn)點(diǎn)貢獻(xiàn)的論文為10篇代表作的01-03、05-08號(hào)PDF論文。
3. 投入本項(xiàng)目的工作量占本人科研工作量的70%。
2. 孫勝
1. 本人對(duì)本項(xiàng)目2、3發(fā)現(xiàn)點(diǎn)有突出貢獻(xiàn)。建立了上限元反向模擬理論和預(yù)成形設(shè)計(jì)方法，提出了一種與現(xiàn)行模鍛設(shè)計(jì)完全不同的控制材料"先內(nèi)后外"流動(dòng)的精密模鍛方法；建立了上限元數(shù)值模擬基本理論、方法與關(guān)鍵技術(shù)，提出了合理的單元?jiǎng)澐譁?zhǔn)則和單元類(lèi)型，推導(dǎo)了各類(lèi)單元的基本方程，規(guī)范和完善了上限元基本理論和數(shù)學(xué)方程。提出了模擬金屬流動(dòng)所遵循的準(zhǔn)則，建立了上限元復(fù)合模擬塊方法。
2. 支持本人發(fā)現(xiàn)點(diǎn)貢獻(xiàn)的論文為10篇代表作的09號(hào)PDF論文。
3. 投入本項(xiàng)目的工作量占本人科研工作量的60%。
3. 管延錦
1. 本人對(duì)本項(xiàng)目1、3發(fā)現(xiàn)點(diǎn)有突出貢獻(xiàn)。建立了金屬塑性成形過(guò)程有限元模擬的有關(guān)關(guān)鍵技術(shù)和算法，包括邊界條件確定方法、收斂方法研究、數(shù)學(xué)模型以及軟件開(kāi)發(fā)方面等；在網(wǎng)格自適應(yīng)生成算法和理論成果工程應(yīng)用方面做出了貢獻(xiàn)。
2. 支持本人發(fā)現(xiàn)點(diǎn)貢獻(xiàn)的論文為10篇代表作的10號(hào)PDF論文。
3. 投入本項(xiàng)目的工作量占科研工作量的55%。
4. 馬新武
1. 本人對(duì)本項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1、3有突出貢獻(xiàn)。推證了節(jié)點(diǎn)溫度對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的靈敏度方程，實(shí)現(xiàn)了熱成形過(guò)程的模具優(yōu)化設(shè)計(jì)；建立了一種密度控制和區(qū)域分解相結(jié)合的四邊形網(wǎng)格自動(dòng)生成方法（區(qū)域分解法），在開(kāi)發(fā)四邊形網(wǎng)格自動(dòng)生成與再生成軟件和體積塑性成形過(guò)程有限元模擬軟件方面作出了較大貢獻(xiàn)。
2. 支持本人發(fā)現(xiàn)點(diǎn)貢獻(xiàn)的論文為10篇代表作的05號(hào)PDF論文。
3. 投入本項(xiàng)目的工作量占本人科研工作量的55%。
5. 趙新海
1. 本人對(duì)本項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1有突出貢獻(xiàn)。建立了單工序鍛造毛坯形狀和預(yù)鍛坯鐓粗壓下量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)方法；提出以鍛件形狀和鍛件變形均勻性為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)鍛造過(guò)程進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。
2. 支持本人發(fā)現(xiàn)點(diǎn)貢獻(xiàn)的論文為10篇代表作的04號(hào)PDF論文。
3. 投入本項(xiàng)目的工作量占本人科研工作量的55%。
10篇代表性論文： 1. Forging preform shape design using optimization method, Int. J. for Numerical Methods in Engineering
2. Sensitivity analysis based preform die shape design for net-shape forging, International Journal of Machine Tools & Manufacture
3. Sensitivity analysis based preform die shape design using the finite element method., J. of Materials Engineering and Performance
4. Preform die shape design for uniformity of deformation in forging based on preform sensitivity analysis, J. of Mate. Proc.Tech.
5. Studies on optimization of metal forming processes using sensitivity analysis methods, J. of Mate. Proc. Technology
6. Forging Preform Design With Shape Complexity Control in Simulating Backward Deformation, International Journal of Machine Tools & Manufacture
7. Computer Aided Preform Design in Forging Using the Inverse Die Contact Tracking Method, Int. J. of Mach. Tools & Manuf.
8. Die cavity design of near flashless forging process using FEM-based backward simulation, J. of Mate. Proc. Technology
9. Reverse simulation using the simulation block technique and its application in the precision forging process, Journal of Materials Processing Technology
10. Finite element modeling of laser bending of pre-loaded sheet metals, Journal of Materials Processing Technology
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