[发明专利]一种轻质合金液态模锻高强韧复合结构优化设计系统及成形方法

说明书

本发明公开了一种轻质合金液态模锻高强韧复合结构优化设计系统及成形方法，包括夹芯结构优选模块、复合结构设计模块和液态模锻成形工艺模块；所述夹芯结构优选模块包括数据建立模块、预测模型建立和计算模块，通过赋予所述夹层结构的材料属性进行CAE有限元分析从而确定所述目标结构中的危险部位，通过优选合适的夹芯结构，与目标结构的危险部位集成，形成复合结构，显著的提高其力学性能，形成高成形质量和精度的复合结构件，并有力的推动镁、铝等轻质合金在高承载服役工况下的应用进程。

技术领域

本发明涉及合金液态模锻领域，具体涉及一种轻质合金液态模锻高强韧复合结构优化设计系统及成形方法。

背景技术

近年来，结构轻量化受到越来越多的关注，轻量化作为实现节能环保的最有力举措之一已达成国际共识。尤其在航空航天与汽车等领域，“以铝代钢”、“以镁代铝”和“以塑代镁”等使用轻质合金作为轻量化方案已经是大势所趋。随着以无序多孔泡沫金属和有序点阵金属组成的各类轻质高强复合结构出现，将其作为先进的轻质高强复合结构以实现结构轻量化已展现出了极大的应用潜力。尤其是兼具力学、声学、隔振和传热等性能于一体的轻质高强复合结构，在实现特殊功能的前提下，还可以很好的满足各类关键零部件在复杂服役条件下的耐久性可靠性要求。

然而，现有轻质高强复合结构的核心为夹芯结构，主要是通过仿生或以点阵空间布置等方式设计，具有多种构型方案，实际设计时难以根据具体的应用场景快速的选择最为合适的夹芯构型。如现有技术CN104139529A，公开了一种夹芯结构复合材料成型方法，采用真空辅助树脂灌注工艺成型，包括制坯与导流系统布设、树脂注胶、固化成型过程，导流系统包括设置在预制坯件一端上表面的注胶管/口和位于注胶口相对端的脱气区，导流系统还包括设置在排气端的半透膜，半透膜置于面板坯料底部并全部或部分覆盖坯料排气端端面，高度不低于夹芯结构层，脱气区与半透膜部分重叠，但是这种工艺流程复杂、生产效率低和成本高。另外，现有技术的液态模锻虽然可以制造出尺寸大小不一的复杂外形零部件，工艺简单，大批量制造具有较高生产效率的较低的生产成本，但其力学性能通常受其使用的合金液限制，即使性能优越的液态模锻件也难以满足高承载工况的应用需求。

发明内容

本发明的目的在于，针对在所存在的不足，提供一种轻质合金液态模锻高强韧复合结构优化设计系统及成形方法。

为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：

一种轻质合金液态模锻高强韧复合结构优化设计系统，包括夹芯结构优选模块、复合结构设计模块和液态模锻成形工艺模块，

所述夹芯结构优选模块包括数据建立模块、预测模型建立和计算模块，

其中，所述数据建立模块被配置用于对多个不同夹层结构方案的最小相对密度和最大相对密度进行限定，并以相对密度ρ的增加梯度Δρ建立相应的CAD数模库，其中，相对密度ρ为：ρ＝ρ_d/ρ₀，ρ₀表示夹层结构完全为实心结构的密度，ρ_d表示夹层结构的真实密度；以及对所述CAD数模库的模型进行网格划分，赋予不同的材料属性，通过所述夹层结构的轴压压缩和三点弯CAE仿真模型获得不同材料属性和不同夹层结构的最大压溃力峰值、最大比吸能和最大抗弯刚度数据；

所述预测模型建立和计算模块被配置用于提取所述数据建立模块的不同夹层结构方案中的夹层结构图片、夹层结构材料属性、最大压溃力峰值、最大比吸能和最大抗弯刚度数据，将夹层结构材料属性以所用的材料密度代替，建立夹层结构材料属性和材料密度的对应关系；以及基于计算机图像数字化处理，将所述不同夹层结构方案中的夹层结构图片转化为像素值，建立夹层结构图片和像素值大小的对应关系；