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首页铝型材挤压模拟与模具优化:非正交有限体积法研究
"王锐、赵国群、委淑梅等人在2009年的论文‘铝型材挤压过程非正交网格有限体积法数值模拟与模具优化设计’中,研究了利用有限体积法(FVM)对铝型材挤压过程进行数值模拟的方法,并探讨了模具的优化设计。他们结合流体力学的FVM理论与刚黏塑性流动理论,构建了一个基于非正交结构网格的数值模拟模型。" 该研究的核心在于使用非正交结构网格来适应铝型材挤压过程中复杂的几何形状边界,这允许在局部进行网格细化,提高了模拟的精确度。通过直接在非正交网格上离散直角坐标系下的控制方程,避免了使用适体坐标系可能导致的复杂坐标转换问题,简化了计算流程。 在模型求解过程中,研究人员采用了SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)算法来耦合求解压力场和速度场,进一步推导出非正交网格上的压力修正方程。这一算法在处理流体动力学问题时能有效平衡计算效率和精度。 他们开发了一款名为AE-FVM的非稳态挤压有限体积法数值模拟程序,用于模拟典型薄壁铝型材的挤压过程,并进行模具优化。通过将AE-FVM的模拟结果与商业软件MSC/SuperForge的模拟结果对比,验证了所建立的数学模型的准确性和有效性。 论文的关键词包括:铝型材挤压、有限体积法、SIMPLE算法和非正交网格,这些都揭示了研究的主要技术焦点。该工作对于理解铝型材挤压工艺、提高模具设计效率以及优化生产过程具有重要意义,对于工程技术领域特别是金属成型行业的研究人员和技术人员来说,提供了有价值的理论指导和实践工具。
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铝型材挤压过程非正交网格有限体积法数值模拟与模具优化设计
王
锐
赵国群
委淑梅等
铝型材挤压过程非正交网格
有限体积法数值模拟与模具优化设计
王锐
1
赵国群
l
1.山东大学,济南,
25006
委淑梅
2
吴向红
l
2.
山东科技大学,泰安,
271000
摘要:将流体力学中的有限体积法
(FVM)
基本理论与刚和塑性流动理论相结合,建立了基于非正
交结构网格的铭型材挤压过程有限体和、法数值模拟模型。模型采用非正交结构网格拟合复杂几何形状
边界,可实现局部细化;在非正支网格上直接离散直角坐标系下的控制方程,避免了采用适体坐标系带
来的复杂坐标转换问题。采用
SIMPLE
算法相合求解压力场和速度场,推导了非正交网格上的压力修
正方程。开发了铝型材非稳态挤压有限体积法数值模拟程序
AE-FVM
,并对典型薄壁铝型材挤压过
程进行了模拟和模具优化,通过将模拟结果与基于有限体积法的模拟软件
MSC/SuperForge
的结果进
行比较,验证了所建立的数学模型的正确性。
关键词:铝型材挤压;有限体积法
;SIMPLE
算法;非正交网格
中固分类号:
TG376
文章编号
:1004--132X(2009)05--0617--05
FVM
ßased
Numerical
Simulation
and
Di
e
Optimization
of
Aluminum
Extrusion
Process
on
Non-orthogonal
Structural
Grids
Wang
Rui
1
Zhao
Guoqun
1
Lou
Shumd
Wu
Xianghong
1
1.
Shandong
University
,
Jinan
, 250061
2.
Shandong
University
of
Science
and
Technology
,
Tai'an
,
Shandong
, 271000
Abstract:
The
mathematic
model
of
aluminum
extrusion
processes
using
FVM
was
established
by
FVM
basic
theories
and
rigid
-
plastic
flow
theories.
Non
-
orthogonal
structural
grids
were
used
to
match
complex
geometric
boundaries
and
local
refinement
of
grids
was
also
realized.
The
complicated
coordinate
transformation
was
avoided
by
discretizing
the
governing
equations
on
non
-
orthogonal
grids
directly.
Pressures
and
velocities
were
calculated
by
using
SIMPLE
(semi
-
implicit
method
for
pressure-linked
equations)
method
,
and
pressure
-
corrected
equatio
口
s
were
deduced. A
simulation
program
AE-
FVM
was
developed
based
on
the
above
fundamentals.
A
typical
thin-
walled
alumi
num
profile
extrusion
process
was
simulated
and
the
extrusion
die
was
optimized
by
using
AE-
FVM
and
FVM
software
MSC/SuperForge
respectively
,
and
the
comparisons
of
the
results
show
that
the
mathematic
model
established
herein
is
of
feasibility
and
exactness.
Key
words:aluminum
extrusion;
finite
volume
method(FVM);
SIMPLE
method;
non-orthogo-
nal
grid
O
引言
拉格朗日有限元法
(FEM)
在金属塑性成形
数值模拟中得到了应用广泛
[1
飞但在处理大变形
挤压问题时,其采用的拉格朗日网格容易畸变,导
致频繁的网格重划,进而引起不同网格间数据传
递误差积累过多和计算时间过长,甚至因数据和
形状严重失真而使计算停止
[3J
。基于欧拉描述的
有限体积法
(finite
volume
method
,
FVM)
,由于
可以避免网格重划分,从而可解决大变形成形过
程中数值模拟的难题
[410
近年来,基于有限体积
法的金属成形模拟软件
MSC/
Super
F
orge
在金
收稿日期
:2008-11-06
基金项目:国家杰出青年科学基金资助项目
(50425517);
山东省
自然科学基金资助项目(
Y2006F18)
属挤压中得到了广泛应用,证明了其可行性及优
势
[5-6
J
。但是该软件还不够完善,在进行铝型材挤
压模拟时存在一些问题,主要表现在:①背景网格
不可局部细化,造成计算资源的浪费;②材料自
由表面追踪技术较差,导致得到的材料自由表面
易出现毛刺现象,原因是它采用了一层表面网格
来追踪变形材料的自由表面,在材料剧烈变形的
地方,表面网格易发生畸变,从而产生材料网格刺
穿模具的失真现象
[7J 。
为解决上述问题,本文将有限体积法基本理
论与刚带塑性流动理论相结合,建立了基于非正
交结构网格的铝型材挤压过程有限体积法数值模
拟模型,开发了相应的计算模拟程序
AE-FVM
。
该模型所采用的非正交结构网格阳在继承了结构
• 617
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weixin_38738272
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