电热镦粗成形电热力多物理场耦合大变形机理研究

电热镦粗成形是电热力耦合的塑性加工工艺。项目系统深入研究该类电热力多物理场强耦合大变形的关键基础理论问题。项目探求金属导电导热及成形性能随温度和塑性变形过程变化的基本规律，研究耦合变形中电场、温度场和应力应变场之间的强耦合机制；建立基于流形的多物理场耦合大变形数值模拟方法，对电热力耦合变形过程进行数值模拟分析。在此基础上，理论、数值模拟和实验相结合，研究电热镦粗成形中电场、温度场和应力应变场的分布规律，各物理场间的耦合作用，以及电能、热能和变形能间的相互转化规律，揭示电热力耦合大塑性变形的机理；研究各工艺参数之间的相互作用及其对金属变形过程的影响，建立工艺参数与工件微观组织性能以及形状尺寸等的关系，提出电热镦粗成形这一类多物理场耦合变形工艺参数的自适应控制方案。项目研究将丰富和发展塑性加工理论，为多物理场耦合塑性加工工艺的实现以及电热镦粗成形工艺及其智能控制奠定理论基础。

电热镦粗成形是生产发动机气门、叶片等的主要成形加工工艺，是一种典型的电热力多物理场耦合大变形过程。项目系统深入研究了该类电热力多物理场强耦合大变形的关键基础理论问题。项目进行金属导电导热及成形性能实验测试，获得导电导热及成形性能随温度和塑性变形程度变化的基本规律，建立了材料性能的本构模型，阐释了耦合变形中材料性能发生变化的主要原因以及电场、温度场和应力应变场之间的耦合机制，为电热力多物理场耦合大变形研究奠定了基础。项目将数值流形方法应用于电热力多物理场耦合大变形的数值模拟，根据各物理场量的特点，对不同物理量采用不同阶次的覆盖函数，建立了用于多物理场耦合大变形求解的混合覆盖数值流形格式，证明了混合覆盖流形格式满足数值稳定性条件，并实现了电热耦合、电热力耦合问题以及速度与压力耦合的流体流动问题的数值求解，通过数值模拟和实验验证获得了电热镦粗成形预热过程电热耦合以及镦粗过程电热力耦合大变形的规律。项目提出的混合覆盖流形格式是一种稳定的高效的高精度的数值方法，可应用于一般多场耦合物理过程的数值求解，对耦合问题数值模拟具有重要意义。项目提出了基于数码摄像的温度动态测量方法，研制了基于摄像的电镦成形过程工件温度和形状测量系统，建立了用于温度测量的温度－颜色值对应关系的基准色温数据库，实现了电镦成形过程工件温度分布和形状的动态适时精密测量，并可推广应用到一般热加工工艺的温度测量。针对电热镦粗成形的特点，提出了电镦成形球形镦粗的工艺模型，建立了球形镦粗过程加热电流与镦粗压力的理论计算方法以及电镦成形工艺参数设计的BP神经网络模型，实现了电镦成形的工艺参数优化，并提出了电热镦粗成形工艺参数的自适应控制方案，为电热镦粗成形工艺及其智能控制奠定理论基础。