連續(xù)擠壓包覆（conclad）過(guò)程的數(shù)值模擬

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1、第一章緒論1．1引言目前，以微電子技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、人工智能和新材料，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的新一代科技的迅速發(fā)展，在加：I一領(lǐng)域所產(chǎn)生的強(qiáng)大滲透和輻射效應(yīng)，正在使加【業(yè)的面貌發(fā)生翻天覆地的變化。加[業(yè)是重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，它一方面直接創(chuàng)造價(jià)值，成為社會(huì)財(cái)富的主要?jiǎng)?chuàng)造者和國(guó)民經(jīng)濟(jì)收入的十要來(lái)源；另一方面，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)，包括國(guó)防和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步提供先進(jìn)的手段和裝備。它既是一個(gè)十分古老的重要生產(chǎn)部門(mén)，又是一個(gè)非常年輕的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。歷史的實(shí)踐一再證明：制造的發(fā)展是一個(gè)技術(shù)進(jìn)步的過(guò)程，也是一個(gè)生產(chǎn)模式不

2、斷革新、管理水甲以及認(rèn)識(shí)水平不斷提高的過(guò)程。本世紀(jì)加工技術(shù)的發(fā)展充分顯示科學(xué)技術(shù)進(jìn)步在加工技術(shù)體系中的重要作用。目前，先進(jìn)如II技術(shù)存4￡統(tǒng)加工技術(shù)的基礎(chǔ)上，越來(lái)越多地利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、使加工技術(shù)煥發(fā)出新的活力：以系統(tǒng)論、信息論和控制論為核心的系統(tǒng)科學(xué)的思想和方法，不斷融入加工過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，并貫穿于整個(gè)加工系統(tǒng)，產(chǎn)生出新的設(shè)計(jì)、加工和管理的概念和哲理；加工系統(tǒng)正向大系統(tǒng)、大學(xué)科方向發(fā)展，形成對(duì)加工過(guò)程中人、物質(zhì)流、能量流、信息流和知識(shí)流等方面構(gòu)成的加工系統(tǒng)的更為完整和全面的認(rèn)識(shí)，產(chǎn)生了加工系統(tǒng)的信息加丁觀

3、；計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展使得用較以往更短的時(shí)問(wèn)收集、存儲(chǔ)、處理、交換和保真?zhèn)鬟f大量加T數(shù)據(jù)和信息的能力人大加強(qiáng)，從而加速了用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜加工問(wèn)題和情b6進(jìn)行信息處理和高效管理；加【：機(jī)理(加工工藝?yán)碚?的研究正在借助于計(jì)算機(jī)科學(xué)、『tl了科學(xué)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)、測(cè)試、監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理等科技于段同益精確化和學(xué)科綜合化，H益依賴(lài)于現(xiàn)代數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、的最新成果進(jìn)行建模、仿真，以揭示其本質(zhì)及其規(guī)律?？傊冗M(jìn)加_

4、：技術(shù)的研究與發(fā)展將更加依賴(lài)與數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、電了科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及，卜命科學(xué)、社會(huì)科

5、學(xué)等諸多學(xué)科的基本理論和最新成果。加1：業(yè)正在建立自己的科學(xué)臻砌——加工科學(xué)，正在由門(mén)經(jīng)驗(yàn)和技藝上升為-f1集高新科技，主要以計(jì)算機(jī)為核心的科學(xué)，為史深層次地理解，描述其成形規(guī)律丌辟更加有效的途徑。余屬塑性成形技術(shù)在加工、世起著舉足輕重的作用，一直為廣大科技工作者所關(guān)注，同時(shí)也足個(gè)理淪一附．和艾r仃性很強(qiáng)的研究領(lǐng)域。會(huì)屬塑性成形理論，就其內(nèi)容來(lái)分，有金屬變形的物理基礎(chǔ)，物理化學(xué)原理和數(shù)學(xué)力學(xué)分析方法和實(shí)驗(yàn)方法，求解塑性成形過(guò)程的力能參數(shù)，變形參數(shù)以及jfj件中應(yīng)力、應(yīng)變、溫度的分布和金屬流動(dòng)規(guī)律等。而這一

6、系列的理論問(wèn)題『F是金屬塑性成形工藝的制訂、模具設(shè)計(jì)，產(chǎn)品質(zhì)量的控制與提高的重要基礎(chǔ)。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的飛速進(jìn)步，尤其是汁算機(jī)技術(shù)，圖形學(xué)同塑性力學(xué)，塑性成形工藝學(xué)的交叉與結(jié)合，開(kāi)創(chuàng)了金屬塑性成形工藝及模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)／仿真／N造／』程(ComputeffidedDesign／simulation／Manuracture／Engineering—CAD／CAS／CAM／CAE)新領(lǐng)域，從而更新了人們對(duì)金屬塑成形過(guò)程的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，其中成形過(guò)程的仿真技術(shù)(Sjmulationorformingproce

7、ss)正是當(dāng)今囡際上塑性成形工藝及模具設(shè)計(jì)的前沿課題之一，所謂過(guò)程仿真就是對(duì)塑性成形過(guò)程中金屬的流動(dòng)過(guò)程進(jìn)行追蹤描述，并通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)演示成形過(guò)程，以揭示金屬的真實(shí)流動(dòng)規(guī)律利研究各種因素對(duì)金屬變形行為的作IL

8、j與影響，并給出變形體住成形過(guò)程中各種力學(xué)場(chǎng)量的分布，而這技術(shù)的核心便是成形過(guò)程的數(shù)值模擬(humericalsimulation0fformingprocess)。隨著計(jì)算機(jī)硬件的高速更新，數(shù)值分析方法已在各類(lèi)工程問(wèn)題的模擬中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用和顯示出了良好的應(yīng)用前景““。，目前，廣泛應(yīng)用于

9、塑性成形過(guò)程的數(shù)值模擬方法1：耍有：有限尢濁(FEM：finiteelementmethod)，上限單元技術(shù)(UBET：upperbounde】emellttechni【J【Je)，和邊界元法(BEM：boundaryeJementmethod)“’“，其中有限元法由于刈變形過(guò)程物理特性的真實(shí)包容和能夠更全面的考慮各種邊，初值條件的影響，對(duì)復(fù)雜邊界有較高的擬合精度，可通過(guò)一次模擬求出全部物理量。而且有限元法’”T以在假設(shè)條件最少f內(nèi)情況下，給卅詳盡的變彤力學(xué)信息。而日現(xiàn)在有限元理論已經(jīng)高度的形式化、系統(tǒng)化

10、，是目的最適合用來(lái)進(jìn)行塑性成形問(wèn)題數(shù)值模擬的方法?！荆骸縚J于影響金屬塑性成形過(guò)程的兇素比較復(fù)雜，數(shù)學(xué)力學(xué)的理論分析需要考慮很多的問(wèn)題，尤其是塑性成形這類(lèi)大變形的問(wèn)題，存在著幾何非線(xiàn)性和物理非線(xiàn)性?xún)蓚€(gè)數(shù)學(xué)處理上的網(wǎng)難。使得傳統(tǒng)的解析分析方法如：豐應(yīng)力法、J!=‘限法、渭‘移線(xiàn)場(chǎng)法、流函數(shù)法、希爾(Hnl)法以及均勻變形能量法j1，必須經(jīng)過(guò)大量的假設(shè)與簡(jiǎn)化，即回避這些難點(diǎn)，才能處理型一r{：成形問(wèn)題，Iml#L，傳統(tǒng)的解析方法扯