第29卷第2期2008年2月哈尔滨工程大学学报JournalofHarbinEngineeringUniversityVOL29№．2Feb．2008速锤击体积变形过程的有限元分析程利冬，王忠金(哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：为了研究金属高速锤击变形过程，基于连续贪质力学，开发了弹塑性动力显式有限元程序，在平衡方程中引入惯性力来考虑高速变形中惯性效应的影响，同时根据能量原理计算变形期间的锤头速度．使用开发的程序对OF-HC铜块体的高速锤击变形过程进行有限元分析，研究试样构形、质点位移和内部等效塑性应变分布规律，并与未考虑惯性效应的静态模拟结果进行对比．利用所开发的程序分析了高速锤击变形过程中锤头速度、工件变形能和锤击载荷的变化规律．研究结果表明，高速锤击时受惯性力的影响，变形集中于试样上部；由于应力波传播，变形初期下模载荷滞后于上模．这说明所开发的有限元程序能够模拟金属高速锤击变形过程．关键词：高速锤击；惯性效应；动力显式；有限元分析中图分类号：TG302文献标识码：A文章编号：1006—7043(2008}02—0183—06Finiteelementanalysisofthedeformationprocess●l●-●●●inhighlmpacthammeringCHENGLi-dong，WANGZhong-jin．(schoolofMaterialsScienceandEngineering，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)Abstract：Tostudytheprocessofmetallicdeformationonahigh—impacthammermachine，anelastoplasticdynamic-explicitfiniteelementanalyticalprogramwasdeveloped，basedoncontinuummechanics．Intheprogram，theinertiawasintroducedintheequilibriumequation，toanalyzeinertiaeffectsonhigh-impactdeformation，andhammervelocitywascalculatedaccordingtotheenergymethod．TheresultingFEMpro—gramwasusedtostudythedeformationprocessofOFHCcopperwhenstruckbyahigh-speedhammer．Thedeformationofthebillet，thedistributionofdisplacement，andtheeffectiveplasticstraininthework—piecewereinvestigated．Simulationresultswerecomparedwiththoseobtainedbytheprogramwithouttakingaccounttheinertiaeffect．Subsequently，theeffectofchangingparametersofhammerspeed，strainenergy，andimpactloadwereobtainedthroughsimulation．Theresultsshowthatdeformationismainlypresentontheimpactedsurfacaofthespecimen，duetoinertialeffect，andtheloadinthe10werbodyofthedielagsbehindthatintheupperpartofthedieattheinitialstageofdeformationowingtostresswavepropagation．TheimprovedFEMprogramcansuccessfullysimulatethemetallicdeformationprocessofhigh-impacthammering．Keywords：high-energy-ratehammering；inertiaeffect；dynamicexplicitness；finiteelementanalysis高速锤锻造属于高能率成形方法，它的打击速度高，变形期间存在明显的惯性效应和热效应[川．自20世纪60年代以来，国内外学者采用实验法和收稿日期：2006—12-26．作者简介：程利冬(1980-)，女，博士研究生，E-mail；ldcheng@163．coml王忠金(1962一)，男，教授，博士生导师．解析法对此做了大量研究，发现锤击速度对金属流动、变形压力、锻造载荷和摩擦等均有明显影响[2_]．采用有限元法模拟高速锤锻过程时，难点之一是如何体现惯性效应．目前，能够模拟锤锻过程的商业有限元软件均采用静力隐式算法，如De—form、Superform和Qform，不能体现惯性效应的影响．应用较广的动力显式软件LS—DYNA可以考万方数据·184·哈尔滨工程大学学报第29卷虑惯性效应，适合模拟给定速度一时间曲线的高速体积成形过程，但对于变形前速度一时问曲线未知的高速锤锻成形过程来说不适合．针对高速锤击变形问题，采用动力分析方法，在平衡方程中引入惯性力项来考虑惯性效应，并以打击能量、锤头质量和打击效率作为已知量求解高速锤击过程．由于显式算法的优越性，其在金属成形领域有越来越多的应用旷9l，采用显式的中心差分方案开发了有限变形弹塑性动力显式有限元程序．通过对高导无氧铜(0FHC)块体的高速锤击过程进行模拟，分析了惯性效应对变形构形、位...
