本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。山 東 科 技 大 學本科畢業設計（論文）開題報告題 目 汽車輪轂旋壓成形過程的數值模擬系 部 名 稱 機電工程系 專業班級 機械設計制造及其自動化10-1 學生姓名 田宇雷 學 號 1022060121 指 導 教 師 許星明 填表時間： 2012 年 03 月 23 日填表說明1.開題報告作為畢業設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。2.此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業設計（論文）工作前期完成，經指導教師簽署意見、相關系主任審查后生效。3.學生應按照學校統一設計的電子文檔標準格式，用A4紙打印。4.參考文獻不少于8篇，其中應有適當的外文資料（一般不少于2篇）。5.開題報告作為畢業設計（論文）資料，與畢業設計（論文）一同存檔。設計（論文）題目汽車輪轂旋壓成形過程的數值模擬設計（論文）類型（劃“”）工程設計應用研究開發研究基礎研究其它 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上發展起來的，鍛造制坯后進行旋壓成形，提高了制造精度和強度，機械加工余量大大減少。旋壓輪轂由于不受尺寸制約、產品美觀、性能良好、安全性高、節省材料、節約能源等因素，其發展勢頭良好，旋壓技術屬先進成形技術，其車輪旋壓技術水平已基本趨于成熟，在國內已引起較多公司的關注，正逐步向批量生產轉化。另外，已有企業及研究機構開始著手研究旋壓成形技術，但目前尚無旋壓成形車輪技術研究報告。隨著國內鋁鎂合金產業化的飛速發展，鋁鎂合金旋壓車輪必將有一個巨大的市場需求。 通過該課題設計，可以達到如下目的： 1）掌握旋壓成形模具的模擬方法，將理論與實際密切聯系起來，力求所學知識更完備。 2）培養綜合運用所學知識，獨立分析解決實際問題的能力，并提高模具的設計與制造水平。 3）熟悉查閱有關資料的手冊的方法，了解deform仿真軟件的運行原理及結構。二、 本課題的主要研究內容（提綱）旋壓是一種綜合了鍛造、擠壓、拉伸、彎曲、環軋、橫軋和滾擠等工藝特點的無切削加工的先進工藝，將金屬筒坯、平板毛坯或預制坯用尾頂頂緊在旋壓機芯模上，由主軸帶動芯棒和坯料旋轉，同時旋壓輪從毛坯一側將材料擠壓在旋轉的芯模上，使材料產生逐點連續的塑性變形，從而獲得各種母線形狀的空心旋轉體零件。本次軟件模擬的零件為汽車輪轂，其主要考慮內容：1、旋輪的道次安排，名義拉深系數，相對厚度，進給比對旋壓工藝過程的影響2、旋輪形狀，旋輪圓角半徑，主軸轉速，旋輪安裝角對旋壓工藝過程的影響 通過本次設計課題，達到以下目的：1.了解deform模擬軟件的模塊結構、運行原理以及現狀和發展前景。 2. 綜合運用本專業所學課程的理論和生產實際知識，進行一次汽車輪轂旋壓成形過程的數值模擬的實際訓練，從而培養和提高我們獨立分析問題的能力。3. 掌握運用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、查閱相關資料和手冊以及模擬后的分析（后處理）。 4. 鞏固與擴充所學有關模具模擬仿真的內容，掌握汽車輪轂旋壓成形模具設計的方法和步驟。 三、 文獻綜述（國內外有限元軟件的發展趨勢及現狀）（一） 國際上有限元分析軟件的發展趨勢 縱觀當今國際上CAE軟件的發展情況，可以看出有限元分析軟件的一些發展趨勢：1; 與CAD軟件的無縫集成 許多商業化有限元分析軟件都開發了和著名的CAD軟件（例如Pro/ENGINEER、Unigraphics、SolidEdge、SolidWorks、IDEAS、Bentley和AutoCAD等）的接口。有些CAE軟件還為了實現和CAD軟件的無縫集成而采用了CAD的建模技術，如ADINA軟件。 2; 更為強大的網格處理能力 由于結構離散后的網格質量直接影響到求解時間及求解結果的正確性與否，近年來各軟件開發商都加大了其在網格處理方面的投入，使網格生成的質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，如對三維實體模型進行自動六面體網格劃分和根據求解結果對模型進行自適應網格劃分。3; 由求解線性問題發展到求解非線性問題 隨著科學技術的發展，線性理論已經遠遠不能滿足設計的要求，許多工程問題如材料的破壞與失效、裂紋擴展等僅靠線性理論根本不能解決，必須進行非線性分析求解，例如薄板成形就要求同時考慮結構的大位移、大應變（幾何非線性）和塑性（材料非線性）。4; 由單一結構場求解發展到耦合場問題的求解 有限元分析方法最早應用于航空航天領域，主要用來求解線性結構問題。現在用于求解結構線性問題的有限元方法和軟件已經比較成熟，發展方向是結構非線性、流體動力學和耦合場問題的求解。這就需要對結構場和流場的有限元分析結果交叉迭代求解，即所謂流固耦合的問題。由于有限元的應用越來越深入，人們關注的問題越來越復雜，耦合場的求解必定成為CAE軟件的發展方向. 5; 程序面向用戶的開放性 隨著商業化的提高，各軟件開發商為了擴大自己的市場份額，滿足用戶的需求，在軟件的功能、易用性等方面花費了大量的投資來滿足客戶的需要。6; 由二維擴展為三維 早期計算機的能力十分有限，受計算費用和計算機儲存能力的限制，數值模擬程序大多是一維或二維的，只能計算垂直碰撞或球形爆炸等特定問題。隨著第三代、第四代計算機的出現，才開始研制和發展更多的三維計算程序。現在，計算程序一般都由二維擴展到了三維，如LSDYNA2D和LSDYNA3D，AUTODYN2D和AUTODYNA3D 。7; 單一坐標體系發展多種坐標體系 數值模擬軟件在開始階段一般采用單一坐標，或采用拉格朗日坐標或采用歐拉坐標，由于這兩種坐標自身的缺陷，計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，一是兩個程序簡單組合；二是在同一程序中采用多種坐標體系；三是采用新的計算方法。8 ；增強可視化的前置建模和后置數據處理功能 9; 工作平臺多樣化等.（二） 國內限元分析軟件的發展情況和前景 1979年美國的SAP5線性結構靜、動力分析程序向國內引進移植成功，掀起了應用通用有限元程序來分析計算工程問題的高潮。這個高潮一直持續到1981年ADINA非線性結構分析程序引進，一時間許多一直無法解決的工程難題都迎刃而解了。大家也都開始認識到有限元分析程序的確是工程師應用計算機進行分析計算的重要工具。但是當時限于國內大中型計算機很少，大約只有杭州汽輪機廠的Siemens7738和沈陽鼓風機廠的IBM4310安裝有上述程序，所以用戶算題非常不方便，而且費用昂貴。PC機的出現及其性能奇跡般的提高，為移植和發展PC版本的有限元程序提供了必要的運行平臺。可以說國內FEA軟件的發展一直是圍繞著PC平臺做文章。在國內開發比較成功并擁有較多用戶（100家以上）的有限元分析系統有大連理工大學工程力學系的FIFEX95、北京大學力學與科學工程系的SAP84、中國農機科學研究院的MAS5.0和杭州自動化技術研究院的MFEP4;等。但是，國外很多著名的有限元分析公司已經從前些年對PC平臺不屑一顧轉變為熱衷發展，對國內FEA程序開發者來說發展PC版本不再具有優勢，而以后應該從下面幾方面加以努力:（1）; 發展有自主版權、用于分析流體等非固體力學和交叉學科的軟件; 研究開發求解非固體力學和交叉學科的FEA程序經過幾十年的研究和發展，用于求解固體力學的有限元方法和軟件已經比較成熟，現在研究的前沿問題是流體動力學、可壓縮和不可壓縮流體的流動等非固體力學和交叉學科的問題。由于國內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，我們必須發展有自主版權、用于分析流體等非固體力學和交叉學科的軟件。（2）開發具有中國特色的自動建模技術和GUI開發建模技術 開發具有中國特色的自動建模技術和GUI開發建模技術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圖形標準，為在PC機上應用可視化圖形技術開發GUI提供了強有力的工具。近年來國外有的FEA程序已拋開仿真軟件，直接在Windows平臺上開發有限元程序。杭州自動化技術研究院1997-1999年采用OpenGL圖形標準和相應的Visual;C+等編程工具，在PC機上成功地開發了一套可視化有限元程序包。它能直觀地通過對菜單、窗口、對話框和圖標等可視圖形畫面和符號的操作，自動建立有限元分析模型，并以交互方法式實現計算結果的可視化處理，因而可大大提高有限昂分析的效率和精確性，也便于用戶學習和掌握。（3）; 與具有我國自主版權的CAD軟件集成，作為我國自行開發的FEA程序，首先要考慮和我國自主版權的CAD軟件集成。因為有限元分析主要用于形狀比較復雜的零部件，所以要和具有三維造型功能和CAD軟件集成，使設計和分析緊密結合、融為一體。四、 擬解決的關鍵問題 1.有限元法基本理論和原理2. 零件旋壓工藝性分析3. 確定旋壓工藝方案4. 旋壓工藝的有限元建模5. 分析工藝參數對旋壓工藝的影響6. 分析旋壓件缺陷的產生并提出預防措施 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正確計算有關零件的尺寸及公差。4完成汽車輪轂旋壓成形過程的數值模擬。六、本課題的進度安排1課題調研與文獻檢索階段 2.5周2擬定總體方案 1.5周3旋壓模具的結構和工藝分析 1.5周4. 工藝參數的計算及模具零件尺寸確定 3周5. 有限元建模及數值模擬 1.5 周6設計說明書撰寫 2.5周7準備答辯講稿、進行答辯 1.5周七、參考文獻1 張馳,常斌,陳莉靜等.工程計算領域AutoCAD與有限元軟件的結合應用.西北水力發電,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)轉載江帆博客3 余世浩材料成型CAD/CAE/CAM基礎2008.8 4 胡建軍DEFORM-3D塑形