[发明专利]一种复杂型材挤压过程的数值模拟方法

权利要求书

1.一种复杂型材挤压过程的数值模拟方法，包含以下步骤：

(1)采用CAD软件建立模具和坯料的三维几何模型，输入到模拟系；根据当前的变形条件，施加边界条件，并输入材料参数、工艺参数和模拟控制参数；

(2)在型材挤压的分流阶段，采用有限元分步方法进行数值模拟，对模拟模型划分初始有限元网格，设定初始计算步长，并建立模拟停止判定准则，重新进行网格尺寸和计算步长的重新设定，完成分流阶段的模拟并输出相应的数值模拟结果；

(3)在型材挤压的焊合和成形阶段，采用基于欧拉(Euler)网格的有限体积法进行数值模拟，并建立模拟停止判定准则，在上一阶段输出的数值模拟结果的基础上，完成模型几何数据和各种物理场量数据的传递，建立有限体积模拟所需的模型；

(4)如果型材完全流出工作带，挤压过程达到稳态，整个模拟过程结束，否则重复步骤(3)，直到达到稳态。

2.根据权利要求1所述的复杂型材挤压过程的数值模拟方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述有限元分步方法中，所述的初始有限元网格为尺寸相等的四面体网格，网格单元尺寸z与挤压棒材直径D满足以下关系：z＝(1/15～1/20)*D，所述的初始计算步长t与挤压杆移动速度v满足以下关系：t＝(1/3～1/5)v。

3.根据权利要求2所述的复杂型材挤压过程的数值模拟方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述的模拟停止判定准则是：当由于网格畸变而需重新划分网格的计算步数连续两次少于5时，模拟计算终止，重新进行网格的划分和计算步长的设定。

4.根据权利要求3所述的复杂型材挤压过程的数值模拟方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述重新进行网格划分和计算步长设定的原则是：网格单元尺寸z与型材壁厚d满足以下关系：z＝(1/2～1/4)*d，计算步长t与挤压杆移动速度v和型材挤压比λ满足以下关系：t＝(1/5～1/10)v*λ。

5.根据权利要求4所述的复杂型材挤压过程的数值模拟方法，其特征在于：所述步骤(3)中，当分流后的金属在焊合室内重新焊合接触时，转换成为有限体积法接续完成分流模挤压过程的模拟，有限元和有限体积模拟数据传递方法是：设i为有限体积网格体系的中心格点，它在有限元网格体系中的局部坐标为(x，y，z)，则i点的物理场量通过下式(1)插值得到：

式中，f_i(x,y,z)为有限体积网格中心格点i的任意一个物理场量，f_j为i点所在的有限单元中各节点相应的物理场量；m为单元的节点个数，N_j(x,y,z)为有限单元的形函数，即插值函数，对于不在有限元网格体系中的有限体积中心格点，将其物理场量置零，得到用于有限体积数值模拟的初始物理场量。

6.根据权利要求5所述的复杂型材挤压过程的数值模拟方法，其特征在于：所述任意一个物理场量为应力场、应变场、速度场或温度场。

7.根据权利要求6所述的复杂型材挤压过程的数值模拟方法，其特征在于：所述步骤(4)中，型材挤压是否进入到稳态挤压阶段的判定标准是：采用型材出口同一位置不同时间节点的流速方差值S.D.作为判定依据，如下式(2)所示：

式中，n为所取时间节点的数量且n≥10，v_i为第i个时间节点的流速，为所有时间节点的平均流速；当S.D.≤0.1时，表明型材出口流速达到稳态，型材挤压进入稳态挤压阶段。

8.根据权利要求1所述的复杂型材挤压过程的数值模拟方法，其特征在于：所述复杂型材是指型材外接圆尺寸≥500mm、最小壁厚≤2.5mm、宽厚比≥220。