汽車輪轂旋壓成形過程的數(shù)值模擬(論文)開題報(bào)告.doc

山 東 科 技 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題 目 汽車輪轂旋壓成形過程的數(shù)值模擬系 部 名 稱 機(jī)電工程系 專業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化10-1 學(xué)生姓名 111 學(xué) 號(hào) 1022060121 指 導(dǎo) 教 師 111 填表時(shí)間： 2012 年 03 月 23 日填表說明1.開題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。2.此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見、相關(guān)系主任審查后生效。3.學(xué)生應(yīng)按照學(xué)校統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式，用A4紙打印。4.參考文獻(xiàn)不少于8篇，其中應(yīng)有適當(dāng)?shù)耐馕馁Y料（一般不少于2篇）。5.開題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料，與畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）一同存檔。設(shè)計(jì)（論文）題目汽車輪轂旋壓成形過程的數(shù)值模擬設(shè)計(jì)（論文）類型（劃“”）工程設(shè)計(jì)應(yīng)用研究開發(fā)研究基礎(chǔ)研究其它 一、 本課題的研究目的和意義旋壓成形法是在熱鍛工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，鍛造制坯后進(jìn)行旋壓成形，提高了制造精度和強(qiáng)度，機(jī)械加工余量大大減少。旋壓輪轂由于不受尺寸制約、產(chǎn)品美觀、性能良好、安全性高、節(jié)省材料、節(jié)約能源等因素，其發(fā)展勢頭良好，旋壓技術(shù)屬先進(jìn)成形技術(shù)，其車輪旋壓技術(shù)水平已基本趨于成熟，在國內(nèi)已引起較多公司的關(guān)注，正逐步向批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。另外，已有企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)開始著手研究旋壓成形技術(shù)，但目前尚無旋壓成形車輪技術(shù)研究報(bào)告。隨著國內(nèi)鋁鎂合金產(chǎn)業(yè)化的飛速發(fā)展，鋁鎂合金旋壓車輪必將有一個(gè)巨大的市場需求。 通過該課題設(shè)計(jì)，可以達(dá)到如下目的： 1）掌握旋壓成形模具的模擬方法，將理論與實(shí)際密切聯(lián)系起來，力求所學(xué)知識(shí)更完備。 2）培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，獨(dú)立分析解決實(shí)際問題的能力，并提高模具的設(shè)計(jì)與制造水平。 3）熟悉查閱有關(guān)資料的手冊的方法，了解deform仿真軟件的運(yùn)行原理及結(jié)構(gòu)。二、 本課題的主要研究內(nèi)容（提綱）旋壓是一種綜合了鍛造、擠壓、拉伸、彎曲、環(huán)軋、橫軋和滾擠等工藝特點(diǎn)的無切削加工的先進(jìn)工藝，將金屬筒坯、平板毛坯或預(yù)制坯用尾頂頂緊在旋壓機(jī)芯模上，由主軸帶動(dòng)芯棒和坯料旋轉(zhuǎn)，同時(shí)旋壓輪從毛坯一側(cè)將材料擠壓在旋轉(zhuǎn)的芯模上，使材料產(chǎn)生逐點(diǎn)連續(xù)的塑性變形，從而獲得各種母線形狀的空心旋轉(zhuǎn)體零件。本次軟件模擬的零件為汽車輪轂，其主要考慮內(nèi)容：1、旋輪的道次安排，名義拉深系數(shù)，相對厚度，進(jìn)給比對旋壓工藝過程的影響2、旋輪形狀，旋輪圓角半徑，主軸轉(zhuǎn)速，旋輪安裝角對旋壓工藝過程的影響 通過本次設(shè)計(jì)課題，達(dá)到以下目的：1.了解deform模擬軟件的模塊結(jié)構(gòu)、運(yùn)行原理以及現(xiàn)狀和發(fā)展前景。 2. 綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)，進(jìn)行一次汽車輪轂旋壓成形過程的數(shù)值模擬的實(shí)際訓(xùn)練，從而培養(yǎng)和提高我們獨(dú)立分析問題的能力。3. 掌握運(yùn)用deform軟件模擬仿真汽車輪轂旋壓模擬的基本技能，如幾何模型、有限元分析模型、查閱相關(guān)資料和手冊以及模擬后的分析（后處理）。 4. 鞏固與擴(kuò)充所學(xué)有關(guān)模具模擬仿真的內(nèi)容，掌握汽車輪轂旋壓成形模具設(shè)計(jì)的方法和步驟。 三、 文獻(xiàn)綜述（國內(nèi)外有限元軟件的發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀）（一） 國際上有限元分析軟件的發(fā)展趨勢 縱觀當(dāng)今國際上CAE軟件的發(fā)展情況，可以看出有限元分析軟件的一些發(fā)展趨勢：1; 與CAD軟件的無縫集成 許多商業(yè)化有限元分析軟件都開發(fā)了和著名的CAD軟件（例如Pro/ENGINEER、Unigraphics、SolidEdge、SolidWorks、IDEAS、Bentley和AutoCAD等）的接口。有些CAE軟件還為了實(shí)現(xiàn)和CAD軟件的無縫集成而采用了CAD的建模技術(shù)，如ADINA軟件。 2; 更為強(qiáng)大的網(wǎng)格處理能力 由于結(jié)構(gòu)離散后的網(wǎng)格質(zhì)量直接影響到求解時(shí)間及求解結(jié)果的正確性與否，近年來各軟件開發(fā)商都加大了其在網(wǎng)格處理方面的投入，使網(wǎng)格生成的質(zhì)量和效率都有了很大的提高，但在有些方面卻一直沒有得到改進(jìn)，如對三維實(shí)體模型進(jìn)行自動(dòng)六面體網(wǎng)格劃分和根據(jù)求解結(jié)果對模型進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格劃分。3; 由求解線性問題發(fā)展到求解非線性問題 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，線性理論已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)的要求，許多工程問題如材料的破壞與失效、裂紋擴(kuò)展等僅靠線性理論根本不能解決，必須進(jìn)行非線性分析求解，例如薄板成形就要求同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)的大位移、大應(yīng)變（幾何非線性）和塑性（材料非線性）。4; 由單一結(jié)構(gòu)場求解發(fā)展到耦合場問題的求解 有限元分析方法最早應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，主要用來求解線性結(jié)構(gòu)問題。現(xiàn)在用于求解結(jié)構(gòu)線性問題的有限元方法和軟件已經(jīng)比較成熟，發(fā)展方向是結(jié)構(gòu)非線性、流體動(dòng)力學(xué)和耦合場問題的求解。這就需要對結(jié)構(gòu)場和流場的有限元分析結(jié)果交叉迭代求解，即所謂流固耦合的問題。由于有限元的應(yīng)用越來越深入，人們關(guān)注的問題越來越復(fù)雜，耦合場的求解必定成為CAE軟件的發(fā)展方向. 5; 程序面向用戶的開放性 隨著商業(yè)化的提高，各軟件開發(fā)商為了擴(kuò)大自己的市場份額，滿足用戶的需求，在軟件的功能、易用性等方面花費(fèi)了大量的投資來滿足客戶的需要。6; 由二維擴(kuò)展為三維 早期計(jì)算機(jī)的能力十分有限，受計(jì)算費(fèi)用和計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存能力的限制，數(shù)值模擬程序大多是一維或二維的，只能計(jì)算垂直碰撞或球形爆炸等特定問題。隨著第三代、第四代計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，才開始研制和發(fā)展更多的三維計(jì)算程序。現(xiàn)在，計(jì)算程序一般都由二維擴(kuò)展到了三維，如LSDYNA2D和LSDYNA3D，AUTODYN2D和AUTODYNA3D 。7; 單一坐標(biāo)體系發(fā)展多種坐標(biāo)體系 數(shù)值模擬軟件在開始階段一般采用單一坐標(biāo)，或采用拉格朗日坐標(biāo)或采用歐拉坐標(biāo)，由于這兩種坐標(biāo)自身的缺陷，計(jì)算分析問題的范圍都有很大的限制。為克服這種缺陷，采用了三種方法，一是兩個(gè)程序簡單組合；二是在同一程序中采用多種坐標(biāo)體系；三是采用新的計(jì)算方法。8 ；增強(qiáng)可視化的前置建模和后置數(shù)據(jù)處理功能 9; 工作平臺(tái)多樣化等.（二） 國內(nèi)限元分析軟件的發(fā)展情況和前景 1979年美國的SAP5線性結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)力分析程序向國內(nèi)引進(jìn)移植成功，掀起了應(yīng)用通用有限元程序來分析計(jì)算工程問題的高潮。這個(gè)高潮一直持續(xù)到1981年ADINA非線性結(jié)構(gòu)分析程序引進(jìn)，一時(shí)間許多一直無法解決的工程難題都迎刃而解了。大家也都開始認(rèn)識(shí)到有限元分析程序的確是工程師應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析計(jì)算的重要工具。但是當(dāng)時(shí)限于國內(nèi)大中型計(jì)算機(jī)很少，大約只有杭州汽輪機(jī)廠的Siemens7738和沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠的IBM4310安裝有上述程序，所以用戶算題非常不方便，而且費(fèi)用昂貴。PC機(jī)的出現(xiàn)及其性能奇跡般的提高，為移植和發(fā)展PC版本的有限元程序提供了必要的運(yùn)行平臺(tái)?？梢哉f國內(nèi)FEA軟件的發(fā)展一直是圍繞著PC平臺(tái)做文章。在國內(nèi)開發(fā)比較成功并擁有較多用戶（100家以上）的有限元分析系統(tǒng)有大連理工大學(xué)工程力學(xué)系的FIFEX95、北京大學(xué)力學(xué)與科學(xué)工程系的SAP84、中國農(nóng)機(jī)科學(xué)研究院的MAS5.0和杭州自動(dòng)化技術(shù)研究院的MFEP4;等。但是，國外很多著名的有限元分析公司已經(jīng)從前些年對PC平臺(tái)不屑一顧轉(zhuǎn)變?yōu)闊嶂园l(fā)展，對國內(nèi)FEA程序開發(fā)者來說發(fā)展PC版本不再具有優(yōu)勢，而以后應(yīng)該從下面幾方面加以努力:（1）; 發(fā)展有自主版權(quán)、用于分析流體等非固體力學(xué)和交叉學(xué)科的軟件; 研究開發(fā)求解非固體力學(xué)和交叉學(xué)科的FEA程序經(jīng)過幾十年的研究和發(fā)展，用于求解固體力學(xué)的有限元方法和軟件已經(jīng)比較成熟，現(xiàn)在研究的前沿問題是流體動(dòng)力學(xué)、可壓縮和不可壓縮流體的流動(dòng)等非固體力學(xué)和交叉學(xué)科的問題。由于國內(nèi)沒有類似功能的商品化軟件，所以國外的軟件就賣得非常貴。為了打破這種壟斷局面，我們必須發(fā)展有自主版權(quán)、用于分析流體等非固體力學(xué)和交叉學(xué)科的軟件。（2）開發(fā)具有中國特色的自動(dòng)建模技術(shù)和GUI開發(fā)建模技術(shù) 開發(fā)具有中國特色的自動(dòng)建模技術(shù)和GUI開發(fā)建模技術(shù)成本比前述課題要少得多，但卻可以大大提高FEA軟件的性能和用戶接受程度，從而起到事半功倍的效果。Windows中提供了OpenGL圖形標(biāo)準(zhǔn)，為在PC機(jī)上應(yīng)用可視化圖形技術(shù)開發(fā)GUI提供了強(qiáng)有力的工具。近年來國外有的FEA程序已拋開仿真軟件，直接在Windows平臺(tái)上開發(fā)有限元程序。杭州自動(dòng)化技術(shù)研究院1997-1999年采用OpenGL圖形標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的Visual;C+等編程工具，在PC機(jī)上成功地開發(fā)了一套可視化有限元程序包。它能直觀地通過對菜單、窗口、對話框和圖標(biāo)等可視圖形畫面和符號(hào)的操作，自動(dòng)建立有限元分析模型，并以交互方法式實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果的可視化處理，因而可大大提高有限昂分析的效率和精確性，也便于用戶學(xué)習(xí)和掌握。（3）; 與具有我國自主版權(quán)的CAD軟件集成，作為我國自行開發(fā)的FEA程序，首先要考慮和我國自主版權(quán)的CAD軟件集成。因?yàn)橛邢拊治鲋饕糜谛螤畋容^復(fù)雜的零部件，所以要和具有三維造型功能和CAD軟件集成，使設(shè)計(jì)和分析緊密結(jié)合、融為一體。四、 擬解決的關(guān)鍵問題1. .有限元分析和旋壓技術(shù)的文件檢索2. 零件旋壓工藝性分析3. 確定旋壓工藝方案4. 分析工藝參數(shù)對旋壓工藝的影響5. 分析旋壓件缺陷的產(chǎn)生并提出預(yù)防措施 五、 研究思路和方法1分析零件圖。2確定合理的旋壓工藝及方案。3正確計(jì)算有關(guān)零件的尺寸及公差。4完成汽車輪轂旋壓成形過程的數(shù)值模擬。六、 本課題的進(jìn)度安排1課題調(diào)研與文獻(xiàn)檢索階段 4周2擬定總體方案 1.5周3旋壓模具的結(jié)構(gòu)和工藝分析 1.5周4. 工藝參數(shù)的計(jì)算及模具零件尺寸確定 3周5設(shè)計(jì)說明書撰寫 2.5周6準(zhǔn)備答辯講稿、進(jìn)行答辯 1.5周七、 參考文獻(xiàn)1 張馳,常斌,陳莉靜等.工程計(jì)算領(lǐng)域AutoCAD與有限元軟件的結(jié)合應(yīng)用.西北水力發(fā)電,2003(9)2 周少林.世界著名的大型通用工程仿真軟件-Algor.軟件世界,2005(5)轉(zhuǎn)載江帆博客3 余世浩材料成型CAD/CAE/CA