高速體積成形過(guò)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(yīng)用。由于成形速度高，變形期間產(chǎn)生明顯的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，與準(zhǔn)靜態(tài)體積成形有明顯不同。采用有限元方法分析該問(wèn)題時(shí)應(yīng)使用動(dòng)力分析方法，同時(shí)還要考慮變形期間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，才能準(zhǔn)確地反應(yīng)真實(shí)的變形特點(diǎn)。但是，目前有限元算法不能同時(shí)考慮這兩個(gè)因素。因此，本文對(duì)金屬高速體積成形過(guò)程有限元分析關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，分析了高速成形時(shí)金屬的變形和流動(dòng)規(guī)律，為實(shí)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(guò)程，提出了基于能量法的錘頭速度計(jì)算方法，并以此為基礎(chǔ)建立了適合高速體積成形過(guò)程的動(dòng)力分析有限元列式，將其變形過(guò)程看作是絕熱過(guò)程，推導(dǎo)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(guò)程的接觸問(wèn)題，對(duì)于二維問(wèn)題，使用坐標(biāo)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(jì)算接觸力并施加位移約束條件。在開(kāi)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(jìn)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(jìn)行光順，提高網(wǎng)格質(zhì)量，并可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格重劃。
　　使用開(kāi)發(fā)的三維動(dòng)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(guò)程進(jìn)行了研究，分析了金屬質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)規(guī)律、應(yīng)變分布、溫度分布等，研究了打擊能量對(duì)變形過(guò)程的影響。使用開(kāi)發(fā)的二維動(dòng)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(guò)程進(jìn)行了研究，得到了變形期間金屬的流動(dòng)規(guī)律以及打擊能量和高徑比對(duì)變形過(guò)程的影響規(guī)律。在落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行塊體和圓柱體的高速鐓粗實(shí)驗(yàn)，分析了打擊能量和高徑比對(duì)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(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，兩者吻合較好，表明所開(kāi)發(fā)有限元分析程序的有效性。
　　為了研究金屬高速成形過(guò)程中應(yīng)力波傳播對(duì)變形過(guò)程的影響，采用開(kāi)發(fā)的有限元分析程序研究了高速鐓粗過(guò)程材料內(nèi)部的

5、應(yīng)力波傳播，分析了應(yīng)力波傳播對(duì)應(yīng)力、應(yīng)變分布的影響，同時(shí)通過(guò)工業(yè)純鉛、高導(dǎo)無(wú)氧銅、鋁合金三種材料，研究材料參數(shù)對(duì)應(yīng)力波傳播的影響規(guī)律。
　　采用開(kāi)發(fā)的二維動(dòng)力顯式有限元分析程序研究軸對(duì)稱(chēng)盤(pán)形件的錘鍛成形過(guò)程，通過(guò)變形期間的速度矢量場(chǎng)和塑性應(yīng)變分布分析錘鍛期間的金屬流動(dòng)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(duì)變形過(guò)程的影響規(guī)律，并在落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行盤(pán)形件錘鍛實(shí)驗(yàn)，分析了過(guò)程參數(shù)如打擊能量、高徑比等對(duì)變