刚性粒子流法模拟自由锻造工艺的探索

基于网格的数值计算方法在处理自由锻造、冲压成形、高速碰撞、裂纹动态扩展等大塑性变形问题时,往往会因网格畸变和网格重构困难使得计算精度丢失甚至无法计算。针对该问题,基于连续介质力学理论和分子动力学基本原理,采用一种求解金属大塑性变形的数值模拟方法——刚性粒子流法,建立了刚性粒子流法的数学模型并探讨了初始粒子配置、粒子搜索算法、数值积分和边界条件等关键数值技术。将该方法应用到核电饼类锻件高温镦粗和大型核电封头终锻成形两个数值算例中,计算结果表明:模拟大塑性变形问题时,刚性粒子流法与实验结果能够较好地吻合,有效地解释了大型饼类锻件夹层裂纹和封头锻件层状撕裂的形成机制。研究结果为进一步采用该方法模拟变形更加复杂的自由锻造工艺提供了参考。