金属板材平辊轧制工艺研究(3)
1.2 有限元模拟的应用现状
由于有限元基础理论不断地发展和各种大型商业化模拟软件的出现,使得有限元模拟被大量应用于金属的塑性成形中。以下是近些年来部分国内外学者的研究成果：Ding H 等人[6]利用有限元软件DEFORM-3D对AM50镁合金在不同温度和轧制速度下的微观组织进行了模拟，发现应变的非均匀分布导致非均匀的再结晶，降低板材温度或增加轧制速度将有助于改善再结晶组织，并且板材表面温度对再结晶比例的影响比轧制速度更为显著。DingFei Zhang等人[7]使用有限元分析软件，利用热力耦合的有限元模型，对楔形试样进行了研究分析，确定了轧制过程中压下量的变化对温度场和轧制力的影响规律，他们发现随着压下量不断增加，轧制力也不断增大，并且当压下量大于51.6%时，很容易发生边裂，并且对应的边裂损伤值大于0.49，并且提出镁合金板材热轧过程中的塑性损伤是由于材料发生剧烈剪切变形、应变逐渐积累和空洞发展综合作用的结果。Di Liu 等人[8]对AZ31镁合金板材的轧制过程做了仿真模拟，并且对AZ31镁合金做了轧制实验，得到了一些实验数据，和模拟结果大致吻合，他们指出无论是DEFORM -3D还是DEFORM -2D，都可以用来模拟 AZ31镁合金的轧制过程，并且可以提供一个有效的结果，相比于DEFORM-3D来说，DEFORM-2D模拟变形时极其简单并且易于掌握。然而，当工件温度较高时，两者之间的相对误差就越来越大，甚至达到了15%，通过模拟，压下量、轧辊温度和工件温度等因素对轧制过程的轧制载荷的影响就可以进行定量解释。
近些年来,由于塑性成形工艺的不断发展,以及计算机技术和有限元模拟技术的不断改进和完善，有限元模拟技术在金属塑性成形过程中的应用领域也在不断扩大,因而出现了新的发展方向，主要表现在如下几个方面:
1.2.1 成形工艺多样化
锻造是传统塑性成形的主要方式,但由于成形工艺的不断发展,以往较少应用的楔横轧、挤压、辊锻等工艺的也得到了更广的应用，因而衍生出很多塑性成形的新设备。塑性成形工艺和成形设备的多样化,给塑性成形工艺的计算机模拟提出了新挑战,但同时也带来了新机遇,不少学者对塑性成形新工艺进行了有限元模拟研究。
袁文生等人[28]使用ANSYS软件中的材料成形分析模块，对楔横轧的多楔成形工艺做了计算机模拟,因而确定了不同轧制阶段的端面移动量,为多楔成形工艺的成形模具设计提供了可靠依据；王玉凤等人[31]使用DEFORM-3D有限元模拟软件对铝合金的径向精锻工艺做了计算机模拟,制定了比较合理的加工工艺参数,并且对模拟结果做了详细分析。
塑性成形工艺的发展趋势越来越多元化，成形模具的形状也越来越复杂，运动方式也越来越多，很难得到准确解。并且由于模具的复杂运动，使得建模准确度较差，效率较低，严重阻碍了有限元模拟在金属塑性成形中的发展，因此有必要找出更好的模具进行复杂运动时的统一求解方法。
1.2.2 材料种类多样化
随着人们的环保意识的逐渐增强，人们对材料性能提出了更高要求，像钛、铝、镁这几种强度质量比较高的金属日益得到人们的重视，同时它们的应用范围也越来越广，但是它们也有个极大的缺点就是强度都比较低，如果用作一些结构材料，它们的强度是远远达不到要求的，为了提高其强度，就需要把这些金属进行塑性加工，因此有色金属塑性加工的有限元模拟技术获得了快速发展。
李峰等人[8]使用DEFORM-3D软件对铝合金叶轮锻件的成形做了有限元分析,明确了叶片在成形时的较难充填的部位；万自永等人[9]对TC11比较复杂锻件的模锻过程做了有限元模拟分析,得出了模锻过程中材料的温度场分布规律和材料的流动规律。