有限元素法

有限元素法 摘 要 有限元素法是目前最為廣泛使用的鍛造設計評估方法,但要獲得最適當之鍛造參數設計,常需多次嘗試錯誤的分析、設計修改,仍是相當耗時。為有效縮短開發時程,本研究建構了一套鍛造參數設計最佳化程序,將於電腦上進行鍛造製程模擬解析視為實驗,在眾多製程參數下,以田口實驗計畫法針對主要參數進行模擬分析規劃,獲得各參數對鍛造設計目標的最佳水準組合與影響性。對於多鍛造設計有道次間相互影響之效應或特殊品質要求,如果把所有因素放入鍛造設計目標,將使得最佳化參數分析變得相當複雜而不易使用。因此,本研究採用在單一主要特徵目標函數下進行分析,獲得最適當之參數組合後再進行符合品質或其他實務上之評估修正,達到兼顧品質水準及以最少的模擬次數找出最適當之製程條件與鍛模設計的目的。 熱鍛模具主要的失效模式是磨耗,為能更直接以模具壽命做為最佳化之目標函數,本研究完成以Archard磨耗理論為基礎,在模具硬度與模具之磨耗係數為溫度函數的假設下,以高溫硬度及高溫磨耗試驗建立其關係函數,並據以修正Archard磨耗理論使之適用於熱鍛模具之磨耗分析。 I 依據所建構之鍛造參數設計最佳化方法與模具磨耗預測模式,在模具磨耗最小化的目標下,實際應用於鈦合金人工髖關節髖臼杯的鍛造設計最佳化,不但成功鍛造出符合顯微組織與尺寸精度要求之產品,更得到較經驗預估還長的模具壽命。驗證了本研究建構之方法,不但能縮短設計時程,獲得最佳化的鍛造參數設計,且在設計階段即能預估模具可能之使用壽命。 II