本发明专利技术公开了一种金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化方法和系统，包括：根据复合制品的材料特性和预设边界条件，建立复合制品几何模型；根据复合制品几何模型，使用有限元分析方法并选择预设时间步长和非线性求解器耦合求解热场和机械场；采用仿真分析温度场、应力场随时间和热机械循环的变化数据并监测材料在预设次数循环中的累积变形和界面应力数据，生成仿真预测结果；根据所述仿真预测结果，优化加热冷却速率和模具加载路径。本发明专利技术的一种金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化方法，能够基于多物理场耦合并结合非线性有限元求解。
1、金属塑料复合制品是由金属和塑料两种不同材料通过各种加工方法复合而成的制品，这类产品充分结合了金属的强度、耐久性与塑料的轻质、耐腐蚀性和易加工性，广泛应用于汽车、航空航天、电子电器、建筑等领域，例如，汽车工业中大量使用的金属-塑料复合件可以同时提供结构强度和轻量化性能。
2、由于金属和塑料在物理和化学特性上的显著差异，在金属和塑料的复合加工过程中，热变形是金属塑料复合加工中的一个重要问题，由于金属和塑料的热膨胀系数、导热性等物理属性差异较大，加工过程中的温度变化会引起材料的不均匀膨胀或收缩，从而导致应力集中、翘曲、变形，甚至界面失效等问题，这些问题不仅影响产品的加工精度，还会降低产品的使用寿命，增加生产成本。
3、目前，为了提高金属塑料复合制品的质量，预测加工过程中材料的热变形行为并进行优化是非常关键的，通过热变形的精确预测，可以提升产品精度、降低废品率、延长产品寿命、生产效率和加工一致性；然而，目前尽管已经有不少研究和技术用于预测金属塑料复合制品的热变形行为，但仍然面临以下问题：首先，传统的单一物理场分析无法全面模拟材料在加工过程中的复杂行为；其次，金属与塑料的热力学与力学特性具有非线性和复杂性，需要更为精确的材料模型来描述其温度依赖性和应力-应变的非线性关系。
>技术实现思路1、专利技术目的：为了克服以上不足，本专利技术的目的是提供一种金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化方法和系统。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化方法，方法包括以下步骤：
3、步骤s1：根据复合制品的材料特性和预设边界条件，建立复合制品几何模型；
4、步骤s2：根据复合制品几何模型，使用有限元分析方法并选择预设时间步长和非线性求解器耦合求解热场和机械场；
5、步骤s3：采用仿真分析温度场、应力场随时间和热机械循环的变化数据并监测材料在预设次数循环中的累积变形和界面应力数据，生成仿真预测结果；
6、步骤s4：根据所述仿真预测结果，优化加热冷却速率和模具加载路径。
7、其中一方面，在步骤s1中，所述方法包括以下步骤：
8、步骤s11：构建复合制品几何模型并采用网格为复合制品几何模型划分金属和塑料区域；
9、步骤s12：分别为复合制品几何模型的金属和塑料区域设定导热系数、热膨胀系数、弹性模量；
10、步骤s13：为复合制品几何模型施加热边界条件、力学边界条件和流体场边界条件。
11、其中一方面，在步骤s1中，所述方法还包括以下步骤：
12、步骤s101：根据金属材料的物理特性为复合制品几何模型的金属区域赋予金属材料属性，所述金属材料属性包括：导热系数、比热容、热膨胀系数和弹性模量；
13、步骤s102：根据塑料材料的物理特性为复合制品几何模型的塑料区域赋予塑料材料属性，所述塑料材料属性包括：导热系数、比热容、热膨胀系数和粘度与流变特性；
14、步骤s103：在复合制品几何模型的金属与塑料界面施加粘接或滑移条件，以模拟金属与塑料之间的实际力学接触特性；
15、步骤s104：为复合制品几何模型施加包含热流边界、对流边界和辐射边界的热边界条件，施加包含固定端口、自由边界和接触条件的力学边界条件，进而施加包含入口出口边界和壁面边界的流体场边界条件。
16、其中一方面，在步骤s2中，所述方法包括以下步骤：
17、步骤s21：对复合制品几何模型进行预设次数加热与冷却循环并设置施加的接触压力或模具载荷计算成形中的应力场变化；
18、步骤s22：采用热传导方程求解复合制品在热机械循环中的温度场分布，进而结合设定的边界条件计算热场；
19、步骤s23：采用热应力方程模拟复合制品几何模型由于热膨胀引起的材料内部应力，进而采用塑性变形方程和蠕变方程计算材料在热机械循环中累积变形过程，以此求解机械场。
20、其中一方面，在步骤s2中，所述方法包括以下步骤：
21、步骤s201：在得到复合制品在热机械循环中的温度场后，将温度场引入热弹性方程计算热应力和应变；
22、步骤s202：根据流体动力学方程求解流体速度场，进而耦合热传导方程，计算流体流动过程中温度场的变化。
23、其中一方面，在步骤s3中，所述方法包括以下步骤：
24、步骤s31：在每次热机械循环结束后，生成应力和温度分布并记录界面应力和变形数据，进而通过预设次数循环生成材料累积应力和变形随时间的变化曲线；
25、步骤s32：根据所述变化曲线和材料在断裂之前所能承受载荷变化的总和，利用miner准则累积疲劳损伤，分析材料疲劳寿命并预测疲劳失效位置。
26、其中一方面，在步骤s4中，所述方法包括以下步骤：
27、步骤s41：根据目标优化问题，设置目标函数；
28、步骤s42：设置设计变量，以通过调整来优化加工过程的工艺参数，所述设计变量包括：加热速率、冷却速率、成形压力、模具加载路径和加工时间；
29、步骤s43：设置约束条件限制设计变量的取值范围，所述约束条件包括：材料强度限制、温度限制和加工设备限制；
30、步骤s44：选择预设优化算法并设置初始参数。
31、其中一方面，在步骤s4中，所述方法还包括以下步骤：
32、步骤s401：在优化算法迭代过程中，不断调整工艺参数并结合仿真预测结果评估目标函数值；
33、步骤s402：在预设优化算法迭代过程中，根据优化算法规则更新设计变量，计算匹配的应力和变形并更新适应度值；
34、步骤s403：通过预设优化算法输出最优设计变量。
35、其中一方面，在步骤s403中，所述方法还包括以下步骤：
36、步骤s4031：使用最优设计变量进行实际加工或仿真加工验证，生成优化加工结果；
37、步骤s4032：判断优化加工结果是否达到预设要求，若是，则停止迭代，若否，则返回重新调整设计变量和模型参数，继续迭代。
38、本专利技术还提供一种金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化系统，其特征在于，该系统用于执行所述的一种金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化方法，包括：
39、模型建立模块，用于根据复合制品的材料特性和预设边界条件，建立复合制品几何模型；
40、分析求解模块，用于根据复合制品几何模型，使用有限元分析方法并选择预设时间步长和非线性求解器耦合求解热场和机械场；
41、仿真预测模块，用于采用仿真分析温度场、应力场随时间和热机械循环的变化本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化方法，其特征在于，在步骤S1中，所述方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化方法，其特征在于，在步骤S1中，所述方法还包括以下步骤：
4.根据权利要求2所述的一种金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化方法，其特征在于，在步骤S2中，所述方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化方法，其特征在于，在步骤S2中，所述方法包括以下步骤：
6.根据权利要求4所述的一种金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化方法，其特征在于，在步骤S3中，所述方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化方法，其特征在于，在步骤S4中，所述方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化方法，其特征在于，在步骤S4中，所述方法还包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化方法，其特征在于，在步骤S403中，所述方法还包括以下步骤：
10.一种金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化系统，其特征在于，该系统用于执行权利要求1-9任一项所述的一种金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化方法，包括：
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【技术特征摘要】
1.一种金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化方法，其特征在于，在步骤s1中，所述方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化方法，其特征在于，在步骤s1中，所述方法还包括以下步骤：
4.根据权利要求2所述的一种金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化方法，其特征在于，在步骤s2中，所述方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种金属塑料复合制品加工中热变形预测与优化方法，其特征在于，在步骤s2中，所述方法包括以下步骤：
6.根据权利要求4所述的一种金属塑...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈家伟，陈少平，
申请(专利权)人：誉达金属塑胶制品惠州有限公司，
类型：发明
国别省市：
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