[发明专利]一种基于数值模拟的等温挤压能耗影响因素分析方法

权利要求书

1.一种基于数值模拟的等温挤压能耗影响因素分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.根据型材等温挤压工艺的先验知识选取关键工艺参数；

S2.采用数值模拟技术建立有限元分析模型；

S3.采用所述有限元分析模型分析工艺参数对型材质量的影响；

S4.基于所述型材质量符合预定标准的情况下，分析工艺参数对能耗的影响；

S5.采用正交实验及方差分析方法，分析工艺参数对于型材等温挤压成形能耗的影响程度；

所述步骤S2具体为：

在任意拉格朗日欧拉描述中引入：独立于材料域Ω_m和空间域Ω_s的参考域Ω_R，计算网格与参考域在计算过程中始终保持重合，可以在空间以任意运动；OX₁X₂X₃、Ox₁x₂x₃和Oξ₁ξ₂ξ₃分别表示拉格朗日坐标系、欧拉坐标系和任意拉格朗日欧拉坐标系；

材料域Ω_m与空间域Ω_s之间的映射关系表示为：

表示材料坐标X在t时刻对应的空间坐标x；

则材料点初始位置表示为X＝x(X，0)

材料位移以材料点在t时刻的位置与初始位置之差表示，即：

从参考域Ω_R到空间域Ω_s的映射关系表示为：

x＝ψ(ξ,t)，表示参考坐标ξ在t时刻对应的空间坐标x，亦表示网格运动；

网格位移表示为：

网格运动速度定义为网格位移对时间的导数：

网格运动速度定义为网格位移对时间的导数：

在参考坐标的材料时间导数表示为：

式中：表示材料坐标相对于网格坐标的运动速度；

任意拉格朗日欧拉描述下的控制方程由欧拉描述下的控制方程推导获得：

其中连续性方程为：

式中：ρ为材料密度；由于型材挤压过程中的金属是各向同性的，且密度不随时间变化，对上式进行简化得到：

任意拉格朗日欧拉描述下的控制方程为：

其中动量守恒方程为：

式中：b_i表示作用于金属中的单位质量体力，σ_ij为柯西应力张量；

式中：P为压强，μ为粘性系数，δ_ij为克罗内克函数；

其中能量守恒方程为：

式中：e表示单位质量内能，q_i表示热通量，ρs表示单位体积内的热源。

2.根据权利要求1所述的基于数值模拟的等温挤压能耗影响因素分析方法，其特征在于，所述步骤S1选取的关键工艺参数包括：挤压速度、坯料初始温度和坯料温度梯度。

3.根据权利要求1所述的基于数值模拟的等温挤压能耗影响因素分析方法，其特征在于，所述步骤S2中采用任意拉格朗日欧拉建立有限元分析模型，用于模拟不同工艺参数条件下的型材挤压过程。

4.根据权利要求1所述的基于数值模拟的等温挤压能耗影响因素分析方法，其特征在于，所述步骤S3中采用型材出口面的温度均方差作为型材质量的评估指标，所述温度均方差的计算公式为：

式中：T_i是型材出口面所选节点的温度；代表型材出口面所选节点的平均温度；n表示型材出口面所选取的节点数目。

5.根据权利要求1所述的基于数值模拟的等温挤压能耗影响因素分析方法，其特征在于，所述步骤S4中，在分析任一工艺参数对能耗的影响时，该分析的工艺参数以外的其它工艺参数保持不变。