液态浸渗挤压复合材料过程的有限元模拟.doc

液态浸渗挤压复合材料过程的有限元模拟液态浸渗挤压是近年来发展起来的一种复合材料成形新工艺，其工艺实质是使液态基体金属在压力下渗入纤维预制体中，发生压力下结晶凝固，并在固-液态或刚凝固态经受大的挤压塑性变形，一次成形出金属基复合材料的型材类制件。本文首次采用刚塑性有限元法对液态浸渗挤压金属基复合材料的成形过程进行了数值模拟，得到了整个过程的温度场、应力应变场以及变形力。本文采用相似性解法对浸渗过程进行了数值模拟，揭示了浸渗压力和体积分数对温度场的影响规律。对挤压过程温度场进行模拟时，在空间域上采用有限元法，时间域上采用有限差分法。结果表明，保压时间是影响制件成形质量的关键因素之一，只有当变形区内部始终维持准固态时，才能实现稳定的固-液挤压成形过程。在应力应变场的模拟中，提出了液相区及半固态区的处理方法，建立了该工艺的刚塑性有限元计算模型。利用网格重新划分技术，模拟了整个变形过程的应力应变场，本文还研究了变形力的变化过程及其影响因素。模拟结果与实验结果基本吻合，说明本文的计算模型是正确的，为进一步优化工艺参数提供了数值模拟手段。采用结构化设计方法编制的有限元模拟软件由通用性强、可移植性好的模块组成，其中自动划分网格的前处理和方便实用的后处理减少了有限元计算的工作量和提高了可视化程度。本文的研究成功地解决了集高压浸渗、热传导、凝固和大变形为一体的工艺过程的数值模拟问题，为液态浸渗挤压工艺的参数优化和实际应用提供了理论依据。