液固挤压复合材料工艺是近年来发展起来的一种液态金属压力成形新工艺,具有一次成形、效率高、性能好等优点,应用前景广阔。 本文采用有限元法模拟了液态浸渗挤压工艺浸渗过程的温度场分布,对多孔介质内的金属液的渗流行为进行了传热和传质全耦合数值模拟,通过引入连续介质和分布阻力的概念,避免了对多孔介质精确建模的困难,最后求解得到了可视化的瞬态温度场分布,模拟结果分析表明,纤维半径、浸渗压力、液态金属粘度系数和纤维预制体的体积分数等参数决定了液态金属的浸渗速度及浸渗过程;基于辐射传热的原理模拟了模具内的初始温度场分布,并通过与恒定初始温度场比较,分析了模具初始温度场对液固挤压成形工艺的影响,得到了更为合理的模拟结果;采用刚粘塑性有限元法,对成形过程中的温度场、应力应变场进行模拟,对温度场的模拟结果表明,保压时间、挤压速度、液态金属浇注温度、预制体和模具的预热温度等工艺参数对温度场的影响很大,需对参数进行协调;在此基础上,通过引入延性损伤的概念,对成形过程中制件心部和表面的损伤分布进行了分析,研究了模角和其它工艺参数对金属的变形和流动的影响,及成形过程中对制件损伤分布的影响。模拟结果与试验结果基本吻合,说明本文采用的计算模型是合理的,为进一步优化工艺参数提供了科学依据。 本文利用有限元软件的优越性和强大的非线性求解功能,对液态浸渗挤压过程进行了模拟,成功地解决了集高压浸渗、热传导、凝固和大变形为一体的液态浸渗挤压工艺过程的数值模拟问题,为该工艺的参数优化和实际应用提供了理论依据。