有限體積法模擬金屬塑性成形技術(shù)研究.pdf

1、金屬塑性成形工藝的歷史悠久。但在理論上僅在近幾十年才開始對金屬塑性成形過程在微觀與宏觀上進(jìn)行了研究，對變形規(guī)律、摩擦機(jī)理、變形的速度-溫度條件及成形工件的微觀質(zhì)量控制等方面得出一些結(jié)論，但還未能做到高效和完美地解決金屬塑性成形過程中的所有工藝問題。 近年來，有限元方法越來越多地應(yīng)用于金屬塑性成形的數(shù)值模擬之中。但在大變形金屬塑性成形有限元模擬卻時(shí)常碰到頻繁的網(wǎng)格再劃分。網(wǎng)格再劃分導(dǎo)致著兩大方面的缺陷：計(jì)算時(shí)間長；精度損失大，從而

2、造成模擬效率低、模擬嚴(yán)重失真。這樣，有限元在模擬復(fù)雜的金屬大變形成形時(shí)，就往往帶來困難。因此本文嘗試引入有限體積法的理論體系、采取新的模擬方法，來解決金屬成形的數(shù)值模擬問題。 本文將用于流體分析的有限體積方法引入金屬塑性成形過程仿真中，基于材料在運(yùn)動(dòng)過程中的質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒原理，通過能量泛函的變分，推導(dǎo)出了金屬材料塑性流動(dòng)的質(zhì)量方程、動(dòng)量方程、能量方程、本構(gòu)關(guān)系和狀態(tài)方程，給出了這組控制方程的有限體積求解列式，并解決

3、了速度、應(yīng)變速率、應(yīng)力和溫度等物理場量的數(shù)值求解方法和實(shí)現(xiàn)算法等一系列理論問題。 本文對有限體積數(shù)值模擬的網(wǎng)格劃分、時(shí)間增量步長的選取、變形體的自身識(shí)別等技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并全面解決有限體積模擬過程中初始值的獲取、速度和摩擦邊界條件的處理、變形體的跟蹤描述、物理場量的動(dòng)態(tài)表述等關(guān)鍵技術(shù)問題。 本文采用使用了有限體積法的Superforge模擬了連桿鍛造過程、齒輪擠壓過程和鋁型材擠壓過程。模擬了金屬成形過程中，金屬的流