[發明專利]一種合金半固態流變成形的分析及流變成形數值模擬方法

有效

• 申請號: 202110184073.0
• 申請日: 2021-02-10
• 公開（公告）號: CN113011056B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 祁明凡;李靜媛;康永林;張瑩;王繼成;李谷南;鄧蒨瑜
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發明公開了一種合金半固態流變成形的分析及流變成形數值模擬方法，該模型簡單、準確、參數少，可精確反映金屬半固態漿料固相率＜70%時溫度(固相率)?剪切速率?黏度三者之間關系，精確反映非牛頓流體流動剪切過程黏度動態變化情況。將該黏度模型與流體力學及流動基本方程耦合，建立金屬流變成形過程數學模型，可用于金屬半固態流變成形數值模擬，不僅可準確獲取流變成形過程半固態漿料流動特點、充型和凝固規律及缺陷預測，而且有利于成形工藝和模具設計優化，對半固態漿料制備、輸送和流變成形全過程的精確控制有著良好的指導作用。

技術領域

本發明涉及鎂或鋁合金性能測定技術，特別是涉及一種合金半固態流變成形的分析及流變成形數值模擬方法。

背景技術

半固態成形是一種先進的金屬成形技術，半固態漿料在壓力下的成形過程復雜，漿料流動和成形過程的數值模擬技術發展較晚。從上世紀90年代開始，國內外學者對半固態金屬漿料成形過程進行了數值模擬。采用數值模擬有助于優化半固態金屬成形工藝、模具設計及缺陷預測，促進半固態成形的研究和應用。目前對半固態成形過程的模擬大多立足于一些商業化有限元或有限差分軟件，如Magmasoft、Procast、ANSYS等，模擬結果尚不能準確描述半固態成形過程中的一些現象，比如漿料的流動特點和充型規律等。

半固態金屬漿料表觀粘度模型的建立一直是半固態成形加工過程數值模擬技術研究的熱點。目前人們在對半固態漿料成形行為大量研究工作的基礎上，提出了幾種不同的表觀粘度模型，大致可分為兩類：(1)穩態流變行為的數學模型；(2)非穩態流變行為的數學模型。但是目前所提出的黏度模型仍難以準確反映出半固態漿料的流變性和觸變性。半固態金屬漿料流變行為的表觀粘度數學模型的建立是半固態金屬成形加工過程進行數值模擬的先決條件，直接關系到模擬結果準確與否。從目前資料反映的情況看，半固態金屬漿料的表觀粘度數學模型描述雖然取得了一些成果，但是由于半固態金屬漿料流變行為的復雜性，普遍使用且能正確描述半固態金屬漿料流變行為的統一表觀粘度并沒有建立。

發明內容

針對上述存在的問題和不足，本發明提供一種合金半固態流變成形的分析及流變成形數值模擬方法，以滿足半固態漿料制備和流變成形模擬仿真，準確反映漿料特性、充填和凝固規律及缺陷預測。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是：一種合金半固態流變成形的分析方法，所述方法具體包括以下步驟：

S1)采用黏度儀采集待分析的半固態合金在不同溫度T和不同剪切速率γ下的黏度值μ；

S2)將S1)獲得到待分析的半固態合金的數據輸入到金屬半固態黏度模型中，通過擬合計算，獲得待分析的半固態合金的η₁，μ”，μ₁，n₁，n₂，n₃和k的值，獲得待分析半固態合金的黏度模型。

進一步，所述金屬半固態黏度模型的數學表達式為：

式中，μ為合金漿料黏度，μ”為剪切速率無窮大時合金漿料穩態黏度，μ₁為無剪切時合金漿料黏度，η₁為相轉換系數，γ為剪切速率，k為冪指數，且1＜k＜3，T為漿料溫度，n₁，n₂和n₃為常數。

進一步，所述模型適用于描述固相率≤70％時的半固態合金漿料黏度。

進一步，所述半固態溫度區間為≥20℃。

進一步，所述半固態合金漿料為鋁合金或鎂合金。

本發明還提供一種用于半固態流變成形數值模擬方法，所述模擬方法的具體方法為：

S1)將流體力學及流動方程與獲得所述半固態合金的黏度模型進行耦合，建立金屬半固態流變成形過程數學黏度模型；