基于非正交结构网格有限体积法的铝型材挤压过程数值模拟关键技术

文章基于非正交结构网格,建立了大变形铝型材非稳态挤压过程有限体积法数值模拟的数学模型。给出了非正交结构网格上有限体积法的基本控制方程,研究了非正交网格上有限体积法模拟铝型材挤压过程的关键技术。将流体体积法(VOF)应用于三维非正交网格来捕捉材料流动前沿,采用塑性剪切模型施加了摩擦边界,结合本构方程和粘度迭代,开发了铝型材挤压过程数值模拟程序。针对一大挤压比的典型薄壁铝型材挤压过程进行了数值模拟,得出了速度场、等效应力、等效应变速率等。将模拟结果与有限元软件DEFORM-3D的模拟结果进行对比,验证了该文所建立数学模型的可行性和正确性。     

薄壁铝合金型材FVM数值模拟及模具优化

建立了三维铝型材挤压过程有限体积法(FVM)数学模型,研究了此模型的基本理论和关键技术。采用块结构化的非正交网格划分复杂的计算区域,采用流体体积法(VOF)追踪变形材料的自由表面。根据上述理论编写了铝型材挤压过程有限体积法程序AE-FVM。针对典型的大挤压比薄壁铝型材挤压过程进行了数值模拟并进行工作带优化。将模拟结果与有限元软件Deform-3D及有限体积法软件SuperForge的模拟结果进行对比,验证了所建立数学模型的可行性和正确性。     

大口径铝管平面分流模挤压过程数值模拟

针对大口径铝管平面分流模挤压过程,分别建立了有限元法和有限体积法数值模拟的数学模型,对大口径铝管的平面分流模挤压过程进行了数值模拟,比较了2种模拟方法在大型铝型材挤压过程数值模拟中的优缺点及适用性,得出了有限体积法更适用于大变形挤压过程的结论,同时给出了挤压过程各个阶段的应力、应变的分布情况以及金属的流动规律,为大型铝型材挤压模结构的设计和工艺参数的优化提供了依据。     

有限体积法模拟铝型材挤压成形过程

研究了有限体积法模拟金属塑性成形的基本理论和关键技术，得到了适用于塑性成形的有限体积控制方程，给出了模拟过程中有限体积网格体系的建立、成形过程中金属流动的跟踪描述和时间增量步长的确定等技术处理方法。然后采用该数值模拟方法，对铝合金门窗型材的挤压成形过程进行了仿真。详细地分析了该零件在挤压成形过程中金属的流动情况，给出了成形各阶段等效应变、温度和速度等物理场量的分布情况以及整个成形过程中模具载荷／行程曲线的变化情况。研究结果证明有限体积法是一种行之有效的铝型材挤压数值模拟方法，它可以为铝型材新产品的开发设计提供理论指导。     

大挤压比铝型材挤压过程的数值模拟

通过采用有限元法与有限体积法相结合,并在有限体积法中进行分步计算的模拟方法,在MSC Super-forge有限元商业软件上成功实现了薄壁大挤压比铝型材挤压过程的数值模拟仿真,获得壁厚t=1.0 mm、挤压比λ=98.27的卷闸门型材挤压过程的材料流动速度场、应力场、应变场、温度场分布图,数值模拟结果与理论分析结果吻合较好。结果表明:采用带导流槽的平模挤压大尺寸、大挤压比型材,可有效分配金属,平衡金属流动速度。     

基于有限体积法的异形空心型材挤压模具设计

采用有限体积法,对异形空心铝合金型材挤压过程进行数值模拟,得到了挤压过程中材料流动速度场、应力场、应变场、温度场和挤压力的分布规律。以数值模拟结果为依据,针对模具设计存在的问题提出了解决方案,并通过分析得到了模具的最佳设计方案。结果表明：对于薄壁、结构复杂的异型空心型材,挤压模具设计的关键是合理地分配金属流量和平衡金属的流动速度。     

轨道车辆用超宽幅薄壁铝型材的挤压速度仿真优化

挤压速度是铝型材挤压过程中的一个重要工艺因素,对挤压力、生产率和挤压产品的质量等具有直接影响。以某轨道车辆用6N01铝合金型材为例,在Hyper Xtrude商业软件平台上,采用不同的挤压速度对其稳态挤压成形过程进行数值模拟仿真,获得了挤压过程的挤压力、温度场及速度场的变化情况。结果表明:随着挤压速度的增大,挤压力、金属的出口温度及不均匀性增大。根据数值模拟结果与理论分析,确定了该规格6N01铝合金型材在150 MN挤压机上的合理挤压速度范围为0.6~0.9 mm·s-1。在实际试模生产中,采用数值模拟优化的工艺参数进行挤压,挤出合格的型材,验证了数值模拟的可行性。     

模具锥角对铝材挤压过程影响规律的研究

铝型材挤压过程是包含复杂综合变形的大体积成形过程,工艺参数和模具几何参数对成形过程具有决定性的影响,仅凭经验进行工艺和模具设计很难一次成功.本文采用有限体积数值模拟方法,针对模具锥角对AA1100铝材挤压过程的影响规律进行研究,采取从30.到90.六种不同的模具半锥角,分析给出了模具锥角对挤压件温度变化、挤压力以及应力应变分布等的影响规律,为铝型材工艺以及模具设计提供参考.从分析结果看,使用有限体积模拟方法,可以避免网格重划,减小因网格重划而引起的体积损失,能够提高模拟的精度,有限体积法比较适合大体积成形过程的模拟分析.     

有限体积数值模拟技术在型材挤压变形规律研究中的运用

对基于欧拉描述的金属成形有限体积数值模拟技术进行了概括，通过6063铝合金坯料在挤压模具中变形的过程模拟，分别得到不同时刻的、与实际情况接近的材料变形的速度场、温度场等；该模拟结果反映了挤压时金属的实际变形规律，这表明有限体积数值模拟技术适合解决如挤压这种大变形的三维模拟问题。     

基于HyperXtrude的铝型材挤压成形的数值模拟研究

基于HyperXtrude挤压有限元软件系统,以多边形空心铝型材为研究对象,对挤压过程中的速度场、变形场、温度场、挤压力、模具应力等物理量随不同的摩擦因子和挤压速度的变化进行了数值模拟研究.结果表明,HyperXtrude有限元软件能够精确地预测挤压过程中多种挤压参数的变化.这能为铝型材挤压模具设计提供重要依据.     

角铝型材挤压过程的数值模拟

采用大变形弹塑性有限元理论,对角铝型材挤压过程进行了数值模拟,分析了型材挤压过程中各阶段的网络畸变情况,给出了挤压变形时的流速、应变和应力分布,揭示了造成异型型材挤压时出现扭拧、波浪和弯曲等缺陷的重要原因是变形体内存在一个涡流场,模拟结果为正确地设计型材挤压模具和工艺参数的选择提供了可靠依据。     

FEM and FVM compound numerical simulation of aluminum extrusion processes

1　INTRODUCTIONThefiniteelementmethod (FEM )iswidelyusedinthesimulationofmetalforming processessinceitcandescribethedeformationbehaviorsofma terialsindetails ,especiallyforfreesurfacetracking .ButthemeshsystemiseasytobedistortedfrequentlyduringthedeformationprocessduetoLagrangecoor dinatesareadaptedinFEM .Therefore ,therezoninghastobedoneinordertosimulatethelargedeforma tionprocesses .However,therezoningwilldecreasetheprecisionofsimulationresultsandevenleadthesimulationprocesstobetermi…     

多腔壁板铝型材挤压过程模拟与模具设计

以典型的多腔壁板铝型材为例,应用Pro/E建立了分流组合模的几何模型,利用锻造专用有限元软件对多腔壁板铝型材挤压过程进行了数值模拟,并对多腔壁板铝型材挤压模设计以及挤压过程数值模拟中的关键问题进行了研究,以期提高模具设计质量和效率,实现模具开发的高质量、低成本、短周期。     

薄壁门窗型材挤压的有限体积分步模拟

研究了有限体积分步求解方法,实现了各分步有限体积模拟系统的数据传递和信息继承.针对薄壁门窗型材制品壁薄且纵向尺寸大的特点,采用了有限体积分步模拟方法对其挤压成形进行了模拟,并与有限元模拟、有限体积一步模拟进行了对比.结果表明:1)有限元模拟往往会因为网格重划分问题造成模拟结果严重失真;2)有限体积法-步模拟又对计算机资源有较高要求,往往会因为内存不足造成计算无法进行下去;3)有限体积分步模拟方法模拟精度最高,可以很好地解决大尺寸薄壁型材制品挤压成形的数值模拟问题.     

两种数值模拟方法在铝合金挤压模具优化设计中的对比

利用MSC.Marc和MSC.SuperForge两种数值模拟软件对铝合金挤压棒材件进行分析对比,有限体积法在工程应用中对大挤压比、形状复杂的型材的挤压成形计算具有较大的优势.针对平面导流模具和分流模具对其在挤压过程中坯料的应力分布和速度场分布进行了详细的比较分析,发现坯料应力的分布与工作带高度的设定、出材的流动是否均衡没有直接的联系.