數(shù)值模擬的理論意義及實用價值

1、數(shù)值模擬的理論意義及實用價值材料咸形數(shù)值摸擬過程懸人們惶用專用的計算機(jī)軟件讓計算機(jī)對搭個慮形過程的各種物理嚴(yán)的變化進(jìn)行敵值計算.預(yù)測出成雁過程中工趕帥in所蕓心的各種有用的技朮f；im丼將晟終的計算結(jié)果L1；$科圖形或動畫的砒式瓦規(guī)空動地牡示忙計靠機(jī)的胖幕上.從屏幕上人們可以看到工件的詳細(xì)變形過程.以及各種物理就隨空間和時間的變化悄況，如果工藝、模具或坯料設(shè)計不當(dāng).還可以看到由此所產(chǎn)生的各種成形缺陷.如開裂、折疊、過燒丄回鄆等等口做-次工藝戳值摸擬*就郴當(dāng)于在計躍機(jī)上做了一次康擬的工藝試掰.與實際工藝試於桐比它的優(yōu)蚪是誡木低、周期親所得到的技術(shù)a息更參更全、nn且金足定量化的數(shù)據(jù),如果躱現(xiàn)模擬

2、出的工件具有某些缺陷.可以根據(jù)片己的經(jīng)鯊找出產(chǎn)生缺陷的原因.然后對工藝、模具和坯料進(jìn)行修改.將儲改后的數(shù)據(jù)進(jìn)廳第二次工藝模擬如此反宜直到工藝成功.目前金JS成形工藝數(shù)值模擬技術(shù)已經(jīng)基井左工業(yè)中發(fā)揮了巨大的作用.給公司帶來了豐厚的利嗣.在世界卜很賽苦名的公司中.金屬成形工藝數(shù)值模擬已經(jīng)成為生產(chǎn)中一個不可缺少的的工擠用戒形數(shù)值模擬建金IB塑性加工領(lǐng)域的前沿諜購之，國外l!經(jīng)開始采用計算機(jī)模擬技朮來指9模具設(shè)計，迎過對材料成形過程進(jìn)行高精度掘值計算.可以全面地了解材料在變形過程中的應(yīng)力.應(yīng)變分布.預(yù)測成形缺陷的出現(xiàn).給設(shè)計者提供進(jìn)行I藝分析和模具設(shè)i十的科學(xué)依據(jù).從而可以提高樓具的設(shè)計質(zhì)fi和縮短模

3、具的設(shè)計周期u叫隨著計算機(jī)軟硬件和數(shù)值模擬技術(shù)的E快發(fā)展.將仿真模擬應(yīng)用F鈦臺金成形過程成為可能.成形過捏欖擬，缺陷預(yù)測.傲觀組織模擬和預(yù)測已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)者畸研乳熱點.通過計算機(jī)摸擬鈦作淪成修過禪5以預(yù)測鈦合金件的缺陷和性能*優(yōu)化工藝參軌“二可以為示其微觀組織的分布觀怦。三町為It合金加工工藝的制訂提供工程實用的科學(xué)依據(jù)和預(yù)見性設(shè)計方法.對發(fā)展鈦合金加工技忒具有重要理譙意義和應(yīng)用價直.限元分析軟件的介紹和應(yīng)用80年代中輒美國航空公司將用于模擬金屬成形過程的有限元技術(shù)用于實際生產(chǎn),/!'發(fā)戶限朮成盟站:什ALP1D.AnuhsisofLarjjcPksiicIncrciiiculaJD

4、cfanuutiun'.后未針對用戶提出的S種要求.ALPID的開笈人員在隨后幾年里逐漸完善該段序,«i:tMolit計J1J，丹級f|J?|frjiitj化分析軟flDLil;ORM'DctiignEnviromcnttorHirining),并lVMJi推出三維系統(tǒng)DI汕ORM-D叫此獄件是一套廟過傑模抓系統(tǒng)的而向金屬塑性加工及相關(guān)行業(yè)的冇限元分析軟件可以模擬孑種金屬成形過程.提供材料流動、模具充填、成形載荷、模具應(yīng)力、纖維流向、缺陷形成和韌性破裂等信息叫Ml.3DEFORM軟件處理模塊圖DEFORM是對在一個集成環(huán)境內(nèi)綜合建模、成形、熱傳導(dǎo)和成形設(shè)備持性，并基工

5、藝模擬系統(tǒng)的仃限元模擬仿真分析軟件.它專門用于孑種金屬成形工藝和熱處理工藝的模擬仿真分析，可模擬I'l由鍛、模鍛、擠樂、拉拔、軋制、揉輾、輾鍛（輕鍛等董種塑性成形工藝過程，包括冷、溫、熱塑性成形問題、冬工序塑性成形問題、模具應(yīng)力和彈性變形及破損的模擬分析。可提供極仔價值的工藝分析數(shù)州：如材料流動、模具填充、鍛造負(fù)荷、模具應(yīng)力、晶粒流動、金屬微結(jié)構(gòu)和缺陷產(chǎn)生發(fā)展情況等,，9,oDEFORM適用剛性、塑性及彈性金屬材料、粉末燒結(jié)體材料、玻璃及聚合物材料等的成形過程。它是一個而向工程、而向用戶、與CAD軟件無縫連接的商品化有限元分析軟件。技術(shù)人員和工程人員利用DEFORM軟件可以做到：1）減

6、少乍間不必要的試驗和工藝的董次設(shè)計，降低昂貴的現(xiàn)場試驗成本：2）改進(jìn)和模具的設(shè)計，簡化工藝流程，提髙生產(chǎn)效率：3）降低生產(chǎn)和材料成本，縮短新產(chǎn)品的研究開發(fā)周期.DEPORM-3D軟件由前處理器，模擬處理器和后處理器三大模塊組成.DEFORM-3D不具備實休造型能力，但它提供了一些通用的CAD數(shù)據(jù)接口DEFORM3D模塊結(jié)構(gòu)如圖1.3所示:1.6選題的童義及主要研究內(nèi)容選題的競義NiTi基形狀記憶合金因為其應(yīng)用越來越廣泛，尤其是形狀記憶合金管材在骯空、骯火、船舶等工業(yè)上應(yīng)用的優(yōu)越性，乂因為其加工困難.加工費用昂貴，促使人們對TiNi基形狀記憶合金管材成形工藝的研究也越來越重視，包括如何控制合金變

7、形溫度、變形程度和變形速度，怎樣提高熱處理和潤滑工藝，如何設(shè)計出最佳模具，以及在塑性成形加工過程中怎樣更好地提高它的性能。包套擠壓可便NiTi合金在擠壓過程中保持任一定的擠壓溫度內(nèi)：同時還可提高擠壓坯料的溫度，降低坯料流變應(yīng)力.降低包套冷碩層厚度。包套擠斥加工具仔比做粗更為強烈的三向斥應(yīng)力，可顯普提髙金屬的變形能力，可使內(nèi)部的坯料保持較髙的碼度，持別適合難變形、低塑性阻燃鈦合金材料的成形匸藝.然而II前對鈦合金包套擠壓工藝的研究還比較少，需對坯進(jìn)行深入研児列本課題對38Ti48Nil4Nb合金進(jìn)行包銅套熱擠壓模擬.lt|JNiTiNb合金塑性成形比較困難實驗工具設(shè)備與實驗方法無法實現(xiàn)或難以達(dá)到

8、要求.并且實驗材料昂貴，實齡周期長，工作雖大，實顯研丸存在較大的局限性，因此采用仃限元數(shù)值模擬的方法來分析其成形過程。數(shù)值模擬方法在工藝設(shè)計和模具設(shè)計階段就可以對不同的設(shè)計方案進(jìn)行模擬分析，優(yōu)選出合理的設(shè)計方案及匸藝參故，從而仃效地縮短設(shè)計周期。近年來.擠壓成形工藝數(shù)值模擬（2成為防止缺陷、優(yōu)化工藝、提高制件產(chǎn)品質(zhì)雖的一種有利工具:另一方面，合金包套的擠樂過程的數(shù)值模擬是個較復(fù)雜的過程希望由模擬能更好地呈現(xiàn)出NiTi合金在擠壓過程中內(nèi)部金屈的流動情況，以及在不同時刻內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變分布、致密度分布情況和富度變化等惜況，并且通過分析不同工藝參數(shù)對NiTi合金包套擠壓過程的影響，找出擠壓過程中規(guī)律性的東西以及合適的擠樂工藝參數(shù)，為實驗生產(chǎn)提供一些參考數(shù)據(jù)。課題研究內(nèi)容及方法本課題采用DEFORMf限兀數(shù)值模擬軟件，對38Ti48Nil4Nb形狀記憶合金進(jìn)行包套擠壓數(shù)值模擬，包套選用紫銅材料，分析在擠樂的不同階段中變形材料的應(yīng)力、應(yīng)變、金屬流動速度場分布、溫度場的分布以及擠壓力的變形規(guī)律。通過設(shè)計多組不同的擠壓工藝參數(shù)對該材料進(jìn)行擠壓數(shù)值模擬計算，深入分析不同的擠壓工藝參數(shù)對NiTiNb合金包套擠樂的形響，找出擠樂過程中規(guī)律