计算机在材料中的应用.doc

计算机在材料中的应用计算机在材料成形加工中的应用摘要随着计算机技术的不断发展, 特别是微型计算机功能的不断增强, 计算机在各个领域的应用日益广泛。在材料成形加工领域中, 计算机的应用也有了很大的发展, 主要集中在材料成形加工中的数值模拟和自动控制。本文综述了液态成形、塑性成形、连接成形的计算机模拟及计算机控制技术在材料成形加工中的应用及其发展。关键字: 计算机模拟控制材料成形加工应用一、材料成形加工技术的作用及地位材料成形加工行业是制造业的重要组成部分, 材料成形加工技术是汽车、电力、石化、造船及机械等支柱产业的基础制造技术, 新一代材料加工技术也是先进制造技术的重要内容,C27 铸造、锻造及焊接等材料加工技术是国民经济可持续发展的主体技术。高速发展的工业技术要求加工制造的产品精密化、轻量化、集成化; 国际竞争更加激烈的市场要求产品性能高、成本低、周期短; 日益恶化的环境要求材料加工原料与能源消耗低、污染少。为了生产高精度、高质量、高效率的产品,材料正由单一的传统型向复合型、多功能型发展; 材料成形加工制造技术逐渐综合化、多样化、柔性化、多学科化。因此,而对市场经济、参与全球竞争, 必须十分重视先进制造技术及成形加工技术的技术进步。二、计算机模拟在材料成形加工中的应用材料成形过程是极其复杂的高温、动态和瞬时过程,难以直接观察。利用计算机模拟材料成形过程,可预测产品的质量,减少试验次数; 确定最佳的工艺流程,以达到某一特殊性能的要求; 动态显示各个物理量的演变历程和空间分布;提高劳动生产率。目前, 模拟仿真技术己能用在压力铸造、熔模铸造等精确成形加工工艺中, 而焊接过程的模拟仿真研究也取得了可喜的进展。 1 液态成形的计算机模拟[1] 液态成形过程的计算机模拟已由形状尺寸的宏观模拟进入微观模拟阶段。从 1992 年至今, 开展了微观组织形态的计算机模拟, 获得了可重复的产品质量, 实现了工艺的可视化。 液态金属充型过程的计算机模拟计算机在材料科学中的应用期末作业计算机在材料成形加工中的应用-2- 到目前为止,已研究出许多算法,如并行算法、三维有限单元法、三维有限差分法、数值方法与解析方法混合的算法等。充型过程的数值模拟已出现了一些商品化的软件包, 并在压力铸造、低压铸造、消失模铸造等铸造方法中, 在对实际铸件的缺陷分析和优化工艺等方面得到了积极的应用。今后充型模拟的研究发展趋势就是辅助设计浇注系统。 凝固过程的计算机模拟铸件凝固过程数值模拟的基本理论基础是傅里叶导热微分方程。数值模拟的基本方法主要是有限差分法、有限元法和边界元法. 目前, 缩孔、缩松定量预测的方法已经在铸造厂得以应用, 并取得了良好的经济效益。如德阳中国二重集团铸造厂于 2001 年用计算机模拟试制成功的长江三峡水轮机叶轮,结束了该件从加拿大进口( 价值 960 美元) 的局面。 应力场的计算机模拟铸件凝固过程应力场的分析模拟也是建立在传热学基础上的。应力分析采用的模型有热弹塑模型、热弹粘塑性模型、热弹性模型及弹性、理想塑性模型等, 采用的方法多为有限元法、有限体积法、控制体积有限差分法等。 凝固组织形成过程的计算机模拟凝固微观过程的模型化及其数值模拟是对铸件凝固组织的相形态、晶粒度、枝晶间距等微观组织和微观缺陷形成过程的模拟, 最终达到预测铸件各部位组织和力学性能的目的以此为依据优化设计重人件的铸造工艺, 保证其内在质量和提高铸件的使用性能。凝固过程组织数值模拟的主要模型有蒙特卡罗模型( Monte Carlo) 、相场模型和基于界面稳定性理论的,钻体生长模型。 2 塑性成形的计算机模拟[3] 塑性成形过程的计算机模拟是在计算机上对金属塑性成形过程进行实时跟踪描述,并通过计算机图形系统演示整个过程的技术, 如图 1 所示。其目的在于通过建立分析模型对金属的变形、应力、应变和组织等进行仿真, 实现对工艺过程、毛坯形状以及模具结构的优化。它能缩短研发周期, 提高产品质量, 延长模具寿命, 降低生产成本。在国外, 塑性成形数值模拟已成为某些大型企业新产品开发链条中不可缺少的环节, 同时数值模拟对优化已有产品的生产工艺同样具有重要意义, 如美国福特、通用汽车公司在开发新车型时, 已将板材冲压过程的数值模拟作为一个重要的技术环节; 德国应用计算机模拟技术对质量为 400t 的核电转子锻件的锻造工艺进行校核、优化,确保了一次制造成功。计算机在材料科学中的应用期末作业