本技术公开了一种基于温度不均匀性和摩擦‑膨胀耦合的蠕变时效全流程仿真方法及应用。方法包括对热压罐中的热学行为进行仿真,获得构件和模具各个点分别对应的对流换热系数以及环境温度;将各个点分别对应的对流换热系数映射至构件和模具上,将各个点处的环境温度设为工艺温度后进行热仿真,得到温度场分布;将温度场分布作为初始条件,输入摩擦系数和热膨胀系数进行蠕变时效仿真,获得蠕变时效成型结果;将结果中的构件型面作为输入进行回弹分析,确定回弹后的构件型面。本发明方案利用仿真软件实现了构件在温度不均匀的条件下蠕变时效仿真,并在此基础上考虑了蠕变、膨胀和摩擦的耦合作用,精确地描述出了蠕变时效过程中构件上应力的变化情况。
背景技术
蠕变时效成型技术被广泛的运用在大型薄壁构件的生产中。在实际生产过程中,大型的热压罐往往是用于实现工艺的实际设备,整个蠕变时效过程都是在热压罐中进行;这也就导致了整个生产过程是一个‘黑盒子’,无法对整个生产过程进行实时观察。因此运用有限元仿真的方法来对整个工艺进行提前仿真,可以提前对一些屈曲、断裂等问题进行预判,并为实际生产工艺的确定提供指导。
现有的蠕变时效仿真都是基于均匀的温度场来进行仿真,而且不考虑构件和模具的热膨胀。但是随着构件尺寸的不断扩大,构件在实际生产过程中升温阶段的温度不均匀性会变大,而温度会对蠕变量和时效析出行为产生剧烈的影响;同时这种温度的不均匀性会产生较大的热应力,这将会影响到升温过程中的应力分布进而影响蠕变。随着构件尺寸变大,构件的热膨胀量也会变大,构件的膨胀变形会影响其与模具型面的贴合状态。同时构件和模具的热膨胀量不同,这时两者之间会产生相对运动趋势,此时摩擦力会对应力分布产生影响,进而影响蠕变结果。
在目前常用的商用仿真有限元软件中关于蠕变时效仿真的计算,温度场只能通过预定义场的方法,在选择的节点上给与设定的温度。因此其只能赋予构件均匀温度场或者有限的梯度温度场,这种方法赋予的温度场并不适用于大型结构件的蠕变时效仿真。因此在现有的蠕变时效仿真中,虽然考虑了摩擦系数,但是并未考虑热膨胀,因此无法对蠕变时效过程中的热膨胀、热应力、摩擦力这些因素进行仿真。如果需要对温度场进行计算,现有的仿真软件中温度场的计算模块无法直接对材料的蠕变行为进行计算,往往需要通过子程序的开发才能进行计算,这急剧加大了蠕变仿真的难度。综上所述,现有的仿真方法都难以精准地仿真出大型薄壁构件的蠕变时效过程,开发一种准确、快捷、简单的仿真方法非常重要。
实现思路