铝基复合材料反挤压数值模拟文献综述(3)

1．3 数值模拟在分析多孔金属材料塑性变形过程中的应用

由于多孔体金属材料内部含有大量的孔隙，它的塑性变形过程有其特殊性。

变形时具有体积可压缩、低拉伸塑性、小横向流动及变形和致密都不均匀等特点。所以多孔体金属材料塑性变形规律较致密材料复杂。因此，传统工艺设计中的“经验设计法”往往会造成设计失败以及人力和物力的浪费。随着数值模拟技术的应用和计算机硬件设备的发展，传统的经验设计方法迅速被模拟式设计方法所替代。所谓模拟式设计就是对塑性变形过程中金属流动行为进行适时追踪描述，并在计算机上反复进行数值模拟实验，以揭示金属流动规律和研究各种因素对变形过程的作用和影响。这样金属塑性变形过程的实验可在计算机上进行，其结果如工件的边界形状、应力、应变及密度分布等均可显示在图形终端上，所以可在计算机上对工艺参数和模具形状进行优化。近年来，刚塑性有限元模拟技术已成功地用于分析多孔体材料的塑性变形过程”。

上海交通大学的张兴权等基于多孔体Doraivelu屈服准则和体积可压缩法的刚塑性有限元理论，导出了适合于分析多孔体会属材料塑性变形的有限元公式， 并对多孔体会属材料塑性变形过程进行了数值模拟，分析了摩擦因子、坯料高径 比、模具型式和工件形状等因素对塑性变形的影响。同时还以Lee—Kuhn局部极限应变准则作为破裂体件，分析了摩擦因子坯料高径比、模具型式和工件形状等因素对形成表面裂纹的影响。研究结果表明：摩擦因子越大、坯料的高径比越小，变形和致密越不均匀，工件鼓形部位的密度值最小。模具的型式对材料的变形也有较大的影响，它将导致变形体内部各场量分布不均匀，但有利于多孔体会属材料的致密。圆环内外表面的受力有较大的差别，外表面受较大的周向拉应力。北京科技大学的侯红亮等人，利用QFORM软件对多孔材料挤压过程进行了数值模拟，分析了平均应力与相对密度的关系、初始相对密度对致密速度和挤压力的影响；卫原平等人运用多孔体塑性变形和致密化过程的有限元公式，编制了刚塑性有限元分析程序。通过对粉未烧结图柱体徽粗过程的有限元分析，说明了墩粗过程的变形特性和致密化过程，验证了有限元公式和有限元程序的正确性。A．Shok，G．K Jinka等人基于有限元模型，把整个连杆细分成若干个元素，得到了在锻造过程中，相对密度和温度分布图形形状。结果表明相对密度分布正如模型所预测的那样，在非热状况下的成形工艺是真实的。Y．Morimot和W．Lewis分别运用经实验参数修正后的大矢根屈服准则，采用刚塑性有限元方法分析了粉末体压制成型过程，其模拟结果与实验较为符合。在此基础上，运用有限元方法对圆柱体粉末压

制过程进行计算机模拟，其结果和实验值相接近。

目前，国内外很多研究机构相继开发出一些含有对多孔材料模型分析的商业化有限元软件，如大型通用有限元分析软件MARC、DEFORM、QFORM、ALPID等。这些软件既可对粉末挤压变形过程进行分析，也可对粉末烧结体的塑性变形进行分析。

1．4 有限元分析软件介绍

1979年，美国BattelleColumbus实验室在美国空军基金的资助下开发了 有限元计算成形ALPID(Analysis of Large Plastic Incremental Deformation)。 该程序为刚塑性及刚粘塑性有限元法通用程序，采用高阶单元，模具及边界 坝f。学位论义条件的人工描述，自动产生初始速度场，并附有绘图程序FEGRA来自动显示中间变形过程的图形，能处理常应力摩擦和Coulomb摩擦。但它只能分析平面问题和轴对称问题，并没有考虑非等温成形的热传导问题和加工设备形式，也没有网格重划分功能。随后几年中，ALPID的开发人员针对用户提出的种 种要求，逐渐将程序完善，并采用Motif界面设计工具，将计算程序发展为 商品化分析软件DEFORM(Design Environment for Forming)，由美国SFTC 公司推广应用。

1．4．1 DEFORM产品系列

经过十多年来的发展．DEFORM产品已经系列化，包括了： (1)DEFORM．2D(二维)

适用于各种常见的UNIX工作站平台(HP，SGI，SUN，DEC，IBM)和Windows．NT微机平台。可以分析平面应变和轴对称等二维模型。它包含了最新的有限元分析技术，既适用于生产设计，又方便科学研究。 (2)DEFORM．3D(三维)

适用于各种常见的UNIX工作站平台(HP．SGI，SUN，DEC，IBM)和Windows．NT微机平台。DEFORM．3D延续了DEFORM系统几十年来一贯秉承的力保计算准确可靠的传统。在最近的国际范围复杂零件成形模拟招标演算中，DEFORM．3D的计算精度和结果可靠性，被国际成形模拟领域公认为第一。相当复杂的工业零件。如连杆，曲轴，扳手，具有复杂筋一翼的结构零件，泵壳和阀体，DEFORM．3D都能够令人满意地例行完成。

(3)DEFORM．PC(微机版)

适用于运行Windows 95，98和NT的微机平台。可以分析平面应变问题和轴对称问题。适用于有限元技术刚起步的中小企业。 (4)DEFORM．PC Pro(Pro版)

适用于运行Windows 95，98和NT的微机平台。比DEFORM．PC功能强大，它包含了DEFORM．2D的绝大部分功能。 (5)DEFORM—HT(热处理)

附加在DEFORM一2D和DEFORM．3D之上。除了成形分析之外，DEFORM．HT还能分析热处理过程，包括：硬度、晶相组织分布、扭曲、残 余应力、含碳量等。

1．4．2 DEFORM系统结构

DEFORM是一个高度模块化、集成化的有限元模拟系统，它主要包括前处理器、模拟器、后处理器三大模块。前处理器处理模具和坯料的材料信息及几何信息的输入、成形条件的输入，建立边界条件，它还包括有限元网格自动生成器；模拟处理器是集弹性、弹塑性、刚(粘)塑性、热传导于一体的有限元求解器，真正的有限元分析过程就在模拟处理器中完成，DEFORM运行时，首先通过有限元离散化将平衡方程、本构关系和边界条件转化为非线形方程组，然后通过直接迭代法和Newton．Raphson法进行求解，求解的结果以二进制的形式进行保存，用户可在后处理器中获取所需要的结果；后处理器用于显示计算结果，结果可以是图形形式，也可以是数字、文字混编的形式。此外用户还可以列点进行跟踪，对个别点的轨迹、应力、应变、破坏程度进行跟踪观察，并可根据需要抽取数据。在模型几何信息的输入方面，DEFORM．2D自身可以制作简易的线框模具，DEFORM．3D不具备实体造型能力，但它提供一些通用的CAD数据接口，如IGES和STL接DEFORM允许用户对其数据库进行操作，对系统设置进行修改，以及定义自己的材料模型等。

1．4．3 DEFORM的功能

DEFORM能够分析变形、传热、热处理、相变和扩散之间复杂的相互作用，各种现象之间相互偶合。拥有相应的模块之后，这些偶合将包括：由于塑性变形引起的升温、加热软化、相交控制温度、相交内能、相交塑性、相变应变、应力对

相变的影响以及含碳量对各种材料属性产生的影响等。具体可以分为成形分析和热处理分析两方面的应用。 (1)成形分析：

①冷、温、热锻的成形和热传导偶合分析，提供材料流动、模具充填、 成形载荷、模具应力、纤维流向、缺陷形成和韧性破裂等信息；

②丰富的材料数据库，包括各种钢、铝合金、钻合会等，用户还可自行 输入材料数据；

③刚性、弹性和热粘塑性材料模型，特别适用于大变形成形分析，弹塑 性材料模型适用于分析残余应力和回弹问题，烧结体材料模型适用于分析粉 未冶会成形；

④完整的成形设备模型可以分析液压成形、锤上成形、螺旋压力成形和 机械压力成形；

⑤温度、应力、应变、损伤及其他 …… 此处隐藏：2455字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……