高速體積成形過程數(shù)值模擬研究.pdf

1、金屬高速體積成形是工業(yè)中重要的加工技術(shù)之一，在航空、航天等工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應用。由于成形速度高，變形期間產(chǎn)生明顯的動態(tài)效應，與準靜態(tài)體積成形有明顯不同。采用有限元方法分析該問題時應使用動力分析方法，同時還要考慮變形期間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，才能準確地反應真實的變形特點。但是，目前有限元算法不能同時考慮這兩個因素。因此，本文對金屬高速體積成形過程有限元分析關(guān)鍵技術(shù)進行了研究，分析了高速成形時金屬的變形和流動規(guī)律，為實際生產(chǎn)中的高速體積成形工藝

2、數(shù)值模擬優(yōu)化提供了手段。
　　本文首先根據(jù)能量限制型設(shè)備的工作原理分析了變形期間的能量轉(zhuǎn)換過程，提出了基于能量法的錘頭速度計算方法，并以此為基礎(chǔ)建立了適合高速體積成形過程的動力分析有限元列式，將其變形過程看作是絕熱過程，推導了熱力耦合有限元方程。
　　采用主從面接觸搜索算法處理高速體積成形過程的接觸問題，對于二維問題，使用坐標象限法判斷坯料和模具之間的接觸狀態(tài)，接觸區(qū)域采用罰函數(shù)計算接觸力并施加位移約束條件。在開發(fā)的二維有限

3、元分析程序中，提出了一種間接的四邊形網(wǎng)格劃分方法，該方法首先將傳統(tǒng)的 Delaunay法和推進波前法相結(jié)合劃分背景三角形網(wǎng)格，再將背景三角形網(wǎng)格合并為四邊形網(wǎng)格，最后采用拉普拉斯方法進行光順，提高網(wǎng)格質(zhì)量，并可以實現(xiàn)網(wǎng)格重劃。
　　使用開發(fā)的三維動力分析有限元程序?qū)o定打擊能量條件下的塊體高速鐓粗過程進行了研究，分析了金屬質(zhì)點流動規(guī)律、應變分布、溫度分布等，研究了打擊能量對變形過程的影響。使用開發(fā)的二維動力分析有限元分析程序?qū)o定

4、打擊能量條件下的圓柱體高速鐓粗過程進行了研究，得到了變形期間金屬的流動規(guī)律以及打擊能量和高徑比對變形過程的影響規(guī)律。在落錘沖擊試驗機上進行塊體和圓柱體的高速鐓粗實驗，分析了打擊能量和高徑比對變形后試樣幾何、成形載荷、變形能等的影響規(guī)律，將有限元分析結(jié)果與試驗結(jié)果進行了對比，兩者吻合較好，表明所開發(fā)有限元分析程序的有效性。
　　為了研究金屬高速成形過程中應力波傳播對變形過程的影響，采用開發(fā)的有限元分析程序研究了高速鐓粗過程材料內(nèi)部的

5、應力波傳播，分析了應力波傳播對應力、應變分布的影響，同時通過工業(yè)純鉛、高導無氧銅、鋁合金三種材料，研究材料參數(shù)對應力波傳播的影響規(guī)律。
　　采用開發(fā)的二維動力顯式有限元分析程序研究軸對稱盤形件的錘鍛成形過程，通過變形期間的速度矢量場和塑性應變分布分析錘鍛期間的金屬流動規(guī)律和慣性充填現(xiàn)象，研究了打擊能量、坯料高徑比、模鍛斜度和界面摩擦對變形過程的影響規(guī)律，并在落錘沖擊試驗機上進行盤形件錘鍛實驗，分析了過程參數(shù)如打擊能量、高徑比等對變