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锻造过程温度场模拟数值振荡的研究

作　者: 潘再勇
导　师: 王新云
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料工程
关键词: 温度场数值振荡集中热容矩阵网格细化动态时间步长变差分系数有限元
分类号: TG311
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

正值中国企业从“中国制造”向“中国创造”转变之时,生产中对产品提出了“高,精,尖”的要求。对传热,组织变化,变形进行耦合模拟分析才能更准确地模拟出材料变形时温度场、应变、流动状态等的分析数据,从而更好地指导工艺设计和质量控制,缩短产品设计周期,降低成本。温度场是耦合模拟的重要因素之一,因此深入研究锻造过程温度场的变化有重要的实用价值,而消除温度场的数值振荡则是准确模拟温度场的关键技术。本文围绕锻造过程温度场数值振荡的问题进行研究,阐述了传热的基本原理,给出了温度场有限元控制方程,以此为基础,改善了现有TC温度场数值模拟软件的求解器并编制成其简易前处理器和后处理器。深入阐明了温度场数值振荡的本质,研究了消除或降低温度场振荡的方法即集中热容矩阵、网格细化、动态时间步长、变差分系数β,之后采用这四种方法编制程序并嵌于TC模拟软件中,消除了TC软件的温度数值振荡问题,从而提高了原型软件热锻工艺与微观组织预测有限元模拟软件SF2D/3D的稳定性与运行效率。应用TC软件,并结合DEFORM进行对比,完成了温度场数值振荡消除方法研究,取得如下结论:温度场的数值振荡一般发生在模拟初始阶段温度梯度大的锻件表层;集中热容法能有效地消除温度场的数值振荡,其模拟结果与DEFORM的模拟结果相比,误差很小;网格细化能一定程度上改善温度场数值振荡,但效果差,而且受到模拟规模与时间的限制;减小时间步长,也能有效地改善温度场数值振荡。动态时间步长不仅能够有效减小温度数值振荡而且大大节约模拟时间;β越大,越能抑制振荡,β越小,越不利于抑制振荡;变差分系数对温度振荡的抑制效果不好。最后应用TC软件进行二维和三维温度场的模拟,都消除了温度的数值振荡,与DEFORM对比,吻合度高,误差小,可满足工程应用要求。

锻造过程温度场模拟数值振荡的研究

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