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1、山东大学博士学位论文等通道弯角挤压(ECAP变形机理数值模拟与实验研究姓名:徐淑波申请学位级别:博士专业:材料加工工程指导教师:赵国群20061015 第二章ECAP力学机理与刚塑性有限元理论2.5.3本文采用的有限元模拟系统2.5.3.1二维有限元模拟系统113,119-120I对于方形通道ECAP工艺可以简化为平面应变问题,本文采用CASFORM/PC 进行分析。CASFORM(ComputerAided SimulatiOn for FORMing Processes是山东大学模具工程技术研究中开发的一套具有自主版权的体积成形有限元分析软件。该软件能够分析各种体积成形工艺,包括锻造、挤压

2、、拉拔等,能够预测缺陷的生成,验证和优化工艺/模具设计方案;既能模拟等温成形过程,也可以模拟非等温成形过程;既可进行单工位成形分析,也可进行多工位成形分析113,119-120l。CASFORM是在Windows环境下,使用Visual C+、OpenGL和Powerstation FORTRAIN等开发工具开发而成,很好地实现了图形化用户界面和计算结果的可视化。CASFORM软件主要由前处理模块、有限元分析模块、后处理模块、有限元网格生成模块和网格再划分及数据传递模块等,以及模拟结果数据库等组成。图2.5为CASFORM系统结构示意图,其中图2-5(a为CASFORM软件的主界面,图25(b

3、为系统结构示意图。用户通过前处理模块,可完成有限元分析的建模过程。通过前处理,可方便地输入各种控制参数和材料参数,完成模具和工件形状的定义、有限元网格的划分、运动的定义、边界条件的施加等操作。有限元分析模块是CASFORM的核心模块。它是基于刚塑性和刚粘塑性有限元的理论编写而成。后处理模块以丰富的图形展现有限元分析的结果。32 (a 第三章方形挤压件等通道弯角挤压过程数值模拟第三章方形挤压件等通道弯角挤压过程数值模拟3.I引言长期以来,设计或开发一个工艺基本是以生产经验为主要依据。在设计时,不是以金属在挤压过程中的真实流动规律和具体的流动状态为基础,而是依赖经验数据与经验公式,根据估计和判断来

4、进行设计。这种以经验为主的设计方法存在很大的局限性,缺乏可靠的依据119,120。ECAP工艺是一种通过剧烈塑性变形达到晶粒细化的新颖方法,在实验过程中往往因模具设计、模具材料、精密加工以及设备能力等要求,造成时间和费用的极大浪费。近年来,以有限元为代表的数值模拟方法已广泛应用于各种金属成形问题的求解分析中,实现了金属全成形过程的计算机仿真。本章应用有限元数值模拟技术研究ECAP工艺,通过研究可获得挤压全过程的材料塑性变形行为,包括流动规德,几何形状变化,材料变形的力学行为以及材料内部应力和应变分布等。可为ECAP实用化的模具设计、工艺路线规划和设备选择提供大量有效的信息和必要的技术支持。 图3.I等方形截面通道弯角挤压工艺示意图Fig.3一l Schematic dia掣'am o

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