鋁合金型材穩(wěn)態(tài)擠壓過程有限體積法數(shù)值模擬關鍵技術研究.pdf

1、與其它金屬相比，鋁合金有很多優(yōu)點，例如質(zhì)量輕、強度高、外觀好、耐腐蝕和塑性好等，所以鋁型材在我國經(jīng)濟、軍事、醫(yī)療和航空航天等領域的應用越來越廣泛，同時鋁型材正不斷向大型化、薄壁化和復雜化發(fā)展。目前，鋁型材擠壓模具的設計主要依賴于設計者的經(jīng)驗和工程類比法，因此使得擠壓模具的試模修模次數(shù)多、設計效率低、設計成本高和精度差等。在鋁型材的高速發(fā)展與擠壓模具設計的低水平之間形成了矛盾，同時我國國內(nèi)成熟的鋁型材擠壓過程專用數(shù)值模擬軟件還很少，所以開

2、發(fā)準確高效且具有自主知識產(chǎn)權的鋁型材擠壓過程專用數(shù)值模擬軟件是十分必要的。
　　 目前，用于鋁型材擠壓過程的數(shù)值模擬方法主要有有限元法和有限體積法。采用有限元法模擬大變形塑性成形問題（如鋁型材擠壓問題）時，會出現(xiàn)網(wǎng)格重劃分和無法正確模擬擠壓過程中材料的焊合行為等問題。采用有限體積法模擬大變形塑性成形問題時，上述問題可得到有效地解決，同時有限體積法對不規(guī)則復雜求解域的適應性強且適合于并行運算，因此有限體積法被廣泛地用于模擬鋁型材擠

3、壓過程。另外，近年來出現(xiàn)的基于有限體積法的鋁型材擠壓過程數(shù)值模擬系統(tǒng)還處于研發(fā)的初級階段，還有很多方面需要完善和改進，如穩(wěn)態(tài)擠壓過程數(shù)值模擬、工作帶長度自動優(yōu)化和型材變形情況數(shù)值模擬等方面。因此，本文基于有限體積法研究了穩(wěn)態(tài)擠壓條件下的質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程和能量守恒方程，實現(xiàn)了對鋁型材穩(wěn)態(tài)擠壓過程的數(shù)值模擬;研究了型材摩擦邊界條件的施加方法，提出了擠壓模具工作帶在程序中的識別方法以及工作帶長度自動優(yōu)化的實現(xiàn)方法，最終實現(xiàn)了工作帶長

4、度的自動優(yōu)化;通過引入對稱邊界條件，減少了對稱鋁型材穩(wěn)態(tài)擠壓過程的數(shù)值模擬時間;利用現(xiàn)有的流體體積法(VOF)和自主提出的相對位移法分別對十字花鋁型材穩(wěn)態(tài)擠壓過程中型材的變形情況進行了數(shù)值模擬，得到了與理論分析和其它軟件模擬結果相一致的結果，實現(xiàn)了對穩(wěn)態(tài)擠壓過程中型材變形情況的數(shù)值模擬。
　　 在課題組前期研究的基礎上，開發(fā)了一種專門用于鋁型材穩(wěn)態(tài)擠壓過程的數(shù)值模擬系統(tǒng)，通過多個實例驗證了所開發(fā)系統(tǒng)的正確性，并研究了不同型材擠壓