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半固态金属充型过程数值模拟

赵雪梅  
【摘要】: 半固态金属成形技术凭借其成形零件致密、力学性能高、机械加工余量少、模具寿命长,可成形比较复杂的零件,并易于近终化成形等优点,引起了世界各国的高度重视。半固态金属成形技术逐步在发达国家得到了商业应用,但是无论在理论上还是技术上,该技术都需要进一步的完善。目前,大量的文献研究都集中在从半固态金属填充模具过程中应力应变方向出发,研究半固态金属充型过程中的流变行为,从速度场、流场分布方面的研究较少。 本文针对上述现状,选择了从流场、速度场出发,采用不同粘度模型,不同剪切算法,基于SOLA-VOF法自主开发相应数值计算程序,进行了半固态金属充型过程的数值模拟,研究半固态充型过程中的流场分布。 本文进行了常数粘度模型下半固态金属充型过程的研究,研究发现采用常数粘度模型可以模拟简单形状零件的半固态金属充型情况,数值模拟结果与前人实验结果基本吻合。但是在充型过程中,存在剪切速率的变化,即充型过程不可能保持常数粘度,有必要进行非常数粘度充型过程的研究。 半固态金属的表观粘度受到很多因素的影响,最主要的是剪切速率和固相分数。在剪切速率算法的问题上,采用了将剪切速率按照非牛顿流体力学相关理论计算以及按照矢量合成的方法计算两种算法,并进行了比较和分析,发现根据两种算法计算剪切速率分量再按照矢量合成,均可得出与前人实验结果基本吻合的流场分布。在粘度模型方面选择了稳态粘度模型(不考虑温度变化)、非稳态粘度模型(考虑温度变化),进行了AZ91D、A356半固态合金充型过程的数值模拟,得出了与前人实验研究比较吻合的充型流动状态。


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