铝型材挤压非正交网格有限体积数值模拟关键技术研究

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第一章 绪论

1.1引言

1.2铝合金型材挤压概述

1.2.1铝型材挤压分类

1.2.2铝型材挤压时的金属流动特性

1.2.3影响金属流动特性的主要因素

1.3铝合金型材挤压过程的研究方法

1.3.1铝型材挤压理论研究

1.3.2铝型材挤压物理模拟

1.3.3铝型材挤压数值模拟

1.4铝合金型材挤压过程数值模拟方法

1.4.1数值模拟中描述运动的方法

1.4.2铝合金型材挤压过程数值模拟方法及其特点

1.5铝合金型材挤压过程数值模拟研究现状及存在的问题

1.5.1铝合金型材挤压过程数值模拟现状

1.5.2存在问题

1.6本文研究的主要内容

第二章 有限体积法基本理论

2.1引言

2.2有限体积法基本思想

2.3有限体积法使用的网格

2.4有限体积法控制方程

2.4.1质量守恒方程

2.4.2动量守恒方程

2.4.3能量守恒方程

2.4.4控制方程通用形式

2.5控制方程的离散

2.6常用的离散格式

2.6.1中心差分格式

2.6.2一阶迎风格式

2.6.3混合格式

2.6.4指数格式

2.6.5乘方格式

2.6.6高阶离散格式

2.7时间积分方案

2.8三维非稳态问题的离散方程

2.9有限体积法数值解法

2.10变量的存储方式

2.10.1同位网格

2.10.2交错网格

2.11流场数值计算的SIMPLE算法

2.11.1速度修正方程

2.11.2压力修正方程

2.12初始条件和边界条件

2.13本章小节

第三章 铝型材挤压过程非正交网格有限体积法数值模拟研究

3.1引言

3.2铝合金材料模型与本构关系

3.2.1刚(粘)塑性材料基本假设

3.2.2塑性力学基本方程

3.2.3本构方程

3.3铝型材挤压过程有限体积法数值模拟采用的网格

3.4非正交网格的特点及存在的问题

3.5非正交网格有限体积法控制方程离散

3.5.1时间项的离散

3.5.2对流项的离散

3.5.3扩散项的离散

3.5.4源项的离散

3.6非正交同位网格SIMPLE算法

3.6.1速度修正方程的建立

3.6.2压力修正方程的建立

3.6.3二次压力修正

3.7初始条件和边界条件

3.7.1初始条件

3.7.2入口边界条件

3.7.3出口边界条件

3.7.4固体边界条件

3.8铝型材挤压过程非正交网格有限体积法数值模拟计算流程

3.9数值算例及结果分析

3.10本章小节

第四章 铝型材挤压过程非正交网格有限体积法数值模拟关键技术研究

4.1前言

4.2节点编号及数据存储

4.2.1网格中心节点编号

4.2.2网格边界标识和编号

4.3边界条件的施加

4.4摩擦边界条件的施加

4.5温度边界条件的施加

4.6自由表面追踪

4.6.1流体体积(VOF)法原理

4.6.2自由表面方向的确定

4.6.3自由表面边界条件

4.7代数方程组的求解

4.7.1代数方程组求解算法

4.7.2强隐方法(SIP)

4.7.3共轭梯度法(CG)

4.8时间步长的自动控制

4.9迭代收敛准则

4.9.1内部迭代

4.9.2外部迭代

4.10数值算例及结果分析

4.11本章小节

第五章 铝型材挤压块结构化非正交网格有限体积法数值模拟关键技术研究

5.1引言

5.2块结构化网格

5.2.1块结构化网格特点及分类

5.2.2拼接式块结构化网格

5.3块结构化网格数据结构

5.3.1块结构化网格整体编号

5.3.2块界分界面的标识及编号

5.4块结构化网格的流场求解

5.5块结构化网格VOF方法

5.5.1块边界相邻单元NF值的确定

5.5.2块边界相邻单元施主受主判断

5.6本章小节

第六章 大变形铝型材挤压过程有限体积法数值模拟与模具优化设计

6.1引言

6.2导流模挤压过程导流槽优化设计

6.3大挤压比铝型材挤压过程数值模拟与工作带优化设计

6.4空心铝型材挤压过程数值模拟及实验验证

6.5本章小节

第七章 结论及展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

致谢

攻读博士期间完成的论文

攻读博士期间参与的科研项目