数值模拟的理论意义及实用价值

1、数值模拟的理论意义及实用价值材料咸形数值摸拟过程悬人们惶用专用的计算机软件让计算机对搭个慮形过程的各种物理嚴的变化进行敌值计算.预测出成雁过程中工趕帅in所芸心的各种有用的技朮f；im丼将晟终的计算结果L1；$科图形或动画的砒式瓦规空动地牡示忙计靠机的胖幕上.从屏幕上人们可以看到工件的详细变形过程.以及各种物理就随空间和时间的变化悄况，如果工艺、模具或坯料设计不当.还可以看到由此所产生的各种成形缺陷.如开裂、折叠、过烧丄回鄆等等口做-次工艺戳值摸拟*就郴当于在计躍机上做了一次康拟的工艺试掰.与实际工艺试於桐比它的优蚪是诫木低、周期親所得到的技术a息更参更全、nn且金足定量化的数据,如果躱现模拟

2、出的工件具有某些缺陷.可以根据片己的经鲨找出产生缺陷的原因.然后对工艺、模具和坯料进行修改.将储改后的数据进厅第二次工艺模拟如此反宜直到工艺成功.目前金JS成形工艺數值模拟技术已经基井左工业中发挥了巨大的作用.给公司带来了丰厚的利嗣.在世界卜很赛苦名的公司中.金属成形工艺数值模拟已经成为生产中一个不可缺少的的工挤用戒形数值模拟建金IB塑性加工领域的前沿谍購之，国外l!经开始采用计算机模拟技朮來指9模具设计，迎过对材料成形过程进行高精度掘值计算.可以全面地了解材料在变形过程中的应力.应变分布.预测成形缺陷的出现.给设计者提供进行I艺分析和模具设i十的科学依据.从而可以提高樓具的设计质fi和縮短模

3、具的设计周期u叫随着计算机软硬件和数值模拟技术的E快发展.将仿真模拟应用F钛台金成形过程成为可能.成形过捏榄拟，缺陷预测.傲观组织模拟和预测已经成为国内外学者畸研乳热点.通过计算机摸拟钛作沦成修过禅5以预测钛合金件的缺陷和性能*优化工艺参軌“二可以為示其微观组织的分布观怦。三町为It合金加工工艺的制订提供工程实用的科学依据和预见性设计方法.对发展钛合金加工技忒具有重要理谯意义和应用价直.限元分析软件的介绍和应用80年代中辄美国航空公司将用于模拟金属成形过程的有限元技术用于实际生产,/!'发戶限朮成盟站:什ALP1D.AnuhsisofLarjjcPksiicIncrciiiculaJD

4、cfanuutiun'.后未针对用户提出的S种要求.ALPID的开笈人员在随后几年里逐渐完善该段序,«i:tMolit计J1J，丹级f|J?|frjiitj化分析软flDLil;ORM'DctiignEnviromcnttorHirining),并lVMJi推出三维系统DI汕ORM-D叫此狱件是一套庙过傑模抓系统的而向金属塑性加工及相关行业的冇限元分析软件可以模拟孑种金属成形过程.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叫Ml.3DEFORM软件处理模块图DEFORM是对在一个集成环境内综合建模、成形、热传导和成形设备持性，并基工

5、艺模拟系统的仃限元模拟仿真分析软件.它专门用于孑种金属成形工艺和热处理工艺的模拟仿真分析，可模拟I'l由锻、模锻、挤乐、拉拔、轧制、揉辗、辗锻（轻锻等董种塑性成形工艺过程，包括冷、温、热塑性成形问题、冬工序塑性成形问题、模具应力和弹性变形及破损的模拟分析。可提供极仔价值的工艺分析数州：如材料流动、模具填充、锻造负荷、模具应力、晶粒流动、金属微结构和缺陷产生发展情况等,，9,oDEFORM适用刚性、塑性及弹性金属材料、粉末烧结体材料、玻璃及聚合物材料等的成形过程。它是一个而向工程、而向用户、与CAD软件无缝连接的商品化有限元分析软件。技术人员和工程人员利用DEFORM软件可以做到：1）减

6、少乍间不必要的试验和工艺的董次设计，降低昂贵的现场试验成本：2）改进和模具的设计，简化工艺流程，提髙生产效率：3）降低生产和材料成本，缩短新产品的研究开发周期.DEPORM-3D软件由前处理器，模拟处理器和后处理器三大模块组成.DEFORM-3D不具备实休造型能力，但它提供了一些通用的CAD数据接口DEFORM3D模块结构如图1.3所示:1.6选题的童义及主要研究内容选题的竞义NiTi基形状记忆合金因为其应用越来越广泛，尤其是形状记忆合金管材在肮空、肮火、船舶等工业上应用的优越性，乂因为其加工困难.加工费用昂贵，促使人们对TiNi基形状记忆合金管材成形工艺的研究也越来越重视，包括如何控制合金变

7、形温度、变形程度和变形速度，怎样提高热处理和润滑工艺，如何设计出最佳模具，以及在塑性成形加工过程中怎样更好地提高它的性能。包套挤压可便NiTi合金在挤压过程中保持任一定的挤压温度内：同时还可提高挤压坯料的温度，降低坯料流变应力.降低包套冷硕层厚度。包套挤斥加工具仔比做粗更为强烈的三向斥应力，可显普提髙金属的变形能力，可使内部的坯料保持较髙的码度，持别适合难变形、低塑性阻燃钛合金材料的成形匸艺.然而II前对钛合金包套挤压工艺的研究还比较少，需对坯进行深入研児列本课题对38Ti48Nil4Nb合金进行包铜套热挤压模拟.lt|JNiTiNb合金塑性成形比较困难实验工具设备与实验方法无法实现或难以达到

8、要求.并且实验材料昂贵，实齡周期长，工作虽大，实显研丸存在较大的局限性，因此采用仃限元数值模拟的方法來分析其成形过程。数值模拟方法在工艺设计和模具设计阶段就可以对不同的设计方案进行模拟分析，优选出合理的设计方案及匸艺参故，从而仃效地缩短设计周期。近年來.挤压成形工艺数值模拟（2成为防止缺陷、优化工艺、提高制件产品质虽的一种有利工具:另一方面，合金包套的挤乐过程的数值模拟是个较复杂的过程希望由模拟能更好地呈现出NiTi合金在挤压过程中内部金屈的流动情况，以及在不同时刻内部应力应变分布、致密度分布情况和富度变化等惜况，并且通过分析不同工艺参数对NiTi合金包套挤压过程的影响，找出挤压过程中规律性的东西以及合适的挤乐工艺参数，为实验生产提供一些参考数据。课题研究内容及方法本课題采用DEFORMf限兀数值模拟软件，对38Ti48Nil4Nb形状记忆合金进行包套挤压数值模拟，包套选用紫铜材料，分析在挤乐的不同阶段中变形材料的应力、应变、金属流动速度场分布、温度场的分布以及挤压力的变形规律。通过设计多组不同的挤压工艺参数对该材料进行挤压数值模拟计算，深入分析不同的挤压工艺参数对NiTiNb合金包套挤乐的形响，找出挤乐过程中规律