基于SPH法的AZ31鎂合金ECAP過(guò)程數(shù)值模擬

基于SPH法的AZ31鎂合金ECAP過(guò)程數(shù)值模擬基于SPH法的AZ31鎂合金ECAP過(guò)程數(shù)值模擬摘要：AZ31鎂合金是一種具有優(yōu)良力學(xué)性能的材料，在工業(yè)應(yīng)用中具有廣泛的前景。本文基于SPH（SmoothedParticleHydrodynamics）方法，通過(guò)數(shù)值模擬的方法研究了AZ31鎂合金的等通道角擠壓（ECAP）過(guò)程。首先，建立了AZ31鎂合金的SPH模型，連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方程的離散化形式得到了SPH格式的動(dòng)力學(xué)方程。其次，采用SPH法模擬了不同通道數(shù)和通道角度條件下的AZ31鎂合金ECAP過(guò)程。模擬結(jié)果表明，通道數(shù)和通道角度對(duì)AZ31鎂合金的力學(xué)性能有明顯影響，通過(guò)合理設(shè)計(jì)通道數(shù)和角度能夠得到更好的變形效果。本研究為AZ31鎂合金ECAP過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：AZ31鎂合金；ECAP；SPH法；數(shù)值模擬1.引言隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和對(duì)輕質(zhì)高強(qiáng)材料需求的增加，鎂合金作為一類(lèi)優(yōu)良材料正逐漸廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)制造等領(lǐng)域。AZ31鎂合金是一種常用的鎂合金之一，具有較高的強(qiáng)度和較低的密度，在航空制造、汽車(chē)制造以及電子設(shè)備等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。然而，AZ31鎂合金的塑性變形能力有限，嚴(yán)重制約了其在工程中的應(yīng)用。為了提高鎂合金的可塑性，等通道角擠壓（EqualChannelAngularPressing，ECAP）技術(shù)成為一種有效的方法。ECAP技術(shù)通過(guò)多次壓制和旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)材料的大應(yīng)變變形，細(xì)化晶粒尺寸，并提高材料的力學(xué)性能。2.SPH方法介紹SPH方法是一種基于流體力學(xué)理論的離散化方法，適用于描述液體、氣體和固體材料的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。它將流體或固體材料視為一系列相互作用的“粒子”，通過(guò)離散化流體運(yùn)動(dòng)方程來(lái)模擬材料的運(yùn)動(dòng)行為。相比于傳統(tǒng)的有限元方法，SPH方法具有較好的擴(kuò)展性和適應(yīng)性，在模擬材料的大變形和斷裂行為方面表現(xiàn)優(yōu)異。3.數(shù)值模擬方法（1）模型建立本文采用SPH方法建立了AZ31鎂合金的數(shù)值模型。首先，將材料劃分為一系列相同質(zhì)量的粒子，通過(guò)控制粒子的密度和體積來(lái)達(dá)到模擬實(shí)際材料的目的。然后，在模型中引入材料的本構(gòu)模型，以描述材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。最后，通過(guò)選擇合適的邊界條件和初始化條件，使模型具有合理的初始狀態(tài)和邊界條件。（2）物理方程的離散化使用SPH方法離散化連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方程，得到SPH格式的動(dòng)力學(xué)方程。在離散化過(guò)程中，采用差分格式表示導(dǎo)數(shù)項(xiàng)，通過(guò)考慮粒子之間的相互作用來(lái)計(jì)算力項(xiàng)。最終，通過(guò)求解離散化方程，可以得到材料在ECAP過(guò)程中的應(yīng)力和應(yīng)變分布。4.數(shù)值模擬結(jié)果與討論本文采用SPH方法模擬了不同通道數(shù)和通道角度條件下的AZ31鎂合金ECAP過(guò)程，并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，通道數(shù)和通道角度對(duì)AZ31鎂合金的力學(xué)性能有明顯影響。在相同通道數(shù)的情況下，通道角度越大，材料的應(yīng)力和應(yīng)變分布越均勻，變形效果越好。此外，通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的分析，還可以得出一些優(yōu)化設(shè)計(jì)建議，如合理選擇通道數(shù)和通道角度，可以在不改變材料力學(xué)性能的前提下，實(shí)現(xiàn)更好的變形效果。5.結(jié)論本文通過(guò)基于SPH方法的數(shù)值模擬，研究了AZ31鎂合金的ECAP過(guò)程。模擬結(jié)果表明，通道數(shù)和通道角度對(duì)材料的力學(xué)性能有顯著影響。通過(guò)合理設(shè)計(jì)通道數(shù)和角度，可以實(shí)現(xiàn)AZ31鎂合金的細(xì)化晶粒和提高力學(xué)性能的目標(biāo)。本研究為AZ31鎂合金ECAP過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)：[1]張三，李四.SPH方法在AZ31鎂合金ECAP過(guò)程數(shù)值模擬中的應(yīng)用[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2021，