GH4169高温合金惯性摩擦焊接温度场的数值模拟

根据惯性摩擦焊接过程的特点,结合摩擦学理论在研究了摩擦焊接摩擦面生热变化规律的基础上,建立了一个基于二维轴对称的有限元法传热计算模型.利用该模型可以模拟计算惯性摩擦焊接瞬态温度场的分布.并对同质材料GH4169-GH4169焊接进行了实例计算.用热电偶点焊在工件的表面的方法对GH4169-GH4169焊接过程中的温度变化进行了计算机实时多点测量.结果证实计算结果与试验数据符合良好.从而该模型可为进一步研究惯性摩擦焊接应力场、应变场和缩短量以及优化焊接工艺参数提供有效的依据.     

球罐环焊缝接头残余应力的三维非线性有限元分析

建立了球罐环焊缝焊接温度场和焊接应力应变场三维移动热源有限元分析模型,考虑了材料的热物理性能和力学性能随温度而变化,应用单元生死技术模拟焊接填充过程,模拟计算出移动热源作用下的温度场,以及以温度场为基础的环焊缝接头焊接应力应变场的分布规律:温度场结果表明,由于焊接的热输入和速度不同,以及热源加载体积不相等,每道焊接的最高温度均不相等。应力场的分析结果表明,在球罐内表面的焊缝及近缝区,呈现双向残余拉应力(经向和周向),而在外表面的对应区域,经向残余应力是压应力,周向残余应力为拉应力。     

摩擦焊接过程的热力耦合有限元分析

采用热力耦合有限元分析方法,综合考虑摩擦焊接过程中不同的产热机制、随温度变化的材料性能、飞边形成及摩擦系数随速度、温度、压力的变化规律,直接由焊件材料的性能参数及设定的焊接规范参数(轴向压力与转速随时间的变化曲线)对焊接全过程的焊接参数(摩擦转矩、轴向缩短量及平均温度)、物理参量场(温度场、应力场、变形场)及焊合区金属晶粒尺寸的变化规律进行了数值模拟,得到了焊接过程中摩擦表面上切应力、加热功率、温度及轴向压应力的分布及变化规律,实现了对焊合区金属晶粒尺寸的数值模拟。     

高速切削锯齿状切屑的有限元模拟

采用合理的断裂准则对高速硬切削条件下锯齿状切屑的形成进行了有限元模拟 ,并分析了切削过程中的应力场、应变场及温度场 ,探讨了锯齿状切屑的形成机理及影响因素。     

连续挤压成形过程中挤压轮速度的影响

在连续挤压成形过程中 ,挤压轮旋转 ,在变形体和模具接触面上的摩擦功和塑性变形功的作用下 ,变形体在塑性变形的同时 ,与模具及周围环境进行热交换 ,促使变形体和模具内的温度场以及变形体的应变场、应力场等不断发生变化。因为挤压轮的转动是连续挤压成形过程的动力源 ,其速度构成了连续挤压成形过程中最重要的影响因素 ,所以研究挤压轮速度对连续挤压成形过程中变形体的温度场、应力场、应变场以及溢余量的影响 ,将有助于连续挤压产品的内部质量和尺寸精度的提高。本文在分析连续挤压技术特点的基础上 ,采用刚粘塑性有限元模型 ,组建了一个有关连续挤压的计算机仿真系统 ,对连续挤压的成形过程进行了计算机仿真 ,研究了挤压轮速度对连续挤压成形过程的影响     

钛合金薄壁壳体强旋热力耦合有限元分析

钛合金薄壁壳体强力热旋是一个多因素耦合作用下的复杂成形过程.合理的有限元模型建立是获得该成形过程中温度场、应力场和应变场等信息的关键,从而为揭示其成形机理、合理选择工艺参数和提高成形质量提供依据.在合理地施加温度边界条件模拟外加热源,并考虑各种热效应的基础上,基于通用有限元软件ABAQUS的dynamic、temp-disp和explicit模块建立符合实际的钛合金薄壁壳体强旋热力耦合三维弹塑性有限元模型,分析TA15钛合金薄壁壳体热旋过程中温度场、应力场、应变场和壁厚的分布及旋轮圆角半径对贴模性能的影响.结果表明,摩擦生热和接触换热的作用使在旋压区沿厚度方向形成较大的温度梯度,产生明显的不均匀变形;等效应力最大值前期大多在圆角过渡区,后期大多在旋轮与板料接触区,且后期板料表面出现应力集中;越靠近零件口部,不贴模趋势越明显;随着旋轮圆角半径减小,贴模性能越好.     

高强钢T形接头焊接残余应力的数值模拟

焊接过程中不均匀的温度场及局部塑性应变导致了残余应力的产生,从而影响焊接结构的疲劳强度及承载能力.应用ABAQUS的焊接子程序DFLUX,结合单元“生死”技术对高强钢焊接流程进行数值分析.获得了焊接温度场和应力场的动态变化过程,计算出焊接温度场及残余应力的分布,绘制出焊接残余应力分布曲线,为优化焊接工艺,控制焊接残余应力提供理论依据.     

基于大变形弹塑性有限元法的线材轧制仿真分析

借助有限元软件MSC．Mare，采用大变形热力耦合弹塑性有限元理论，准确地模拟了高速线材粗轧区四机架热连轧过程。计算并分析了轧制过程中轧制力、轧制力矩、应力场、应变场以及温度场的变化规律。     

蹄-鼓式制动器热弹性耦合有限元分析

首先探讨蹄—鼓式汽车制动器的摩擦接触热弹性耦合非线性动力学问题及其分析方法,包括摩擦生热模型、多物理场中的弹性体有限元模型、接触问题模型的建立方法以及相应的数值分析方法。然后,利用有限元分析软件ADI-NA建立一种新型蹄—鼓式制动器热弹性耦合动力学分析的三维有限元模型,确定对模型求解的位移边界条件和热边界条件,设定材料物性参数、加载过程及模拟工况,探讨进行制动器热弹性耦合有限元分析的过程,通过仿真计算得到制动器工作过程中摩擦副间接触力分布、制动鼓瞬态温度场、应力场、变形场等重要信息。     

两种热处理状态下AA2024铝合金的搅拌摩擦焊接过程对比

采用基于固体力学的完全热力耦合模型模拟了不同热处理工艺(T3、T6)得到的2024基体金属的搅拌摩擦焊接过程,通过对比发现相同焊接参数下,2024-T6铝合金和2024-T3铝合金在搅拌摩擦焊接中得到相似的温度场,能量变化时间曲线也基本相同,但是速度场和等效塑性应变存在差异,这也决定了两者在再结晶过程中的差异。     

低频振动塑性成形粘弹塑性模型的体积效应分析

采用Kirchner对应变时间历程的基本假设,针对振动拉伸建立一个一维粘弹塑性模型;利用MATLAB中的符号计算,推导粘弹塑性本构方程的显式表达式.通过确立粘弹塑性边界并对本构方程进行数值求解,可以确定金属在振动加工过程中,其应力应变在粘弹性与粘塑性之间的变化情况.通过计算瞬时应变的大小与屈服限建立粘弹性变形和粘塑性变形的判断准则.在考虑粘弹塑性本构关系中的后继屈服情况、应变历程、应变率历程及弹性应变等因素后,可以确定单轴振动拉伸时材料变形的动态应力和平均应力.根据所给定的振型参数和材料力学性能参数,结合特定的振动拉伸实例,分别得出金属在准静态拉伸和振动拉伸时的动态应力-时间、动态应力-应变和平均应力-应变率的变化趋势等,实现基于粘弹塑性本构关系的低频振动塑性成形的体积效应机理分析.     

基于ABAQUS的金属切削数值模拟分析

采用ABAQUS有限元软件对切削过程进行了2D和3D数值模拟,分析了切削深度、切削速度等切削工艺参数和刀具前角、刃倾角等刀具几何参数对切削过程的影响;分析过程中考虑切削产生的热量对切削变形的影响,获得了切削应力场、应变场以及温度分布;通过观察和分析切削后表面粗糙度和切屑形状等,为刀具设计和确定工艺参数提供依据。     

基于多点调形原理的旋转曲面连续成形

提出采用连续多点成形方法来实现旋转曲面件的高效、柔性成形。阐述了连续多点成形原理,并与传统的旋转曲面加工方法相对比,分析其所具备的特点。以盘形件为研究对象,建立有限元模型,分析成形过程中的等效应力和塑性应变场分布,通过模拟结果和主应变状态来分析皱曲现象。最后,研制相应的成形装置并进行了实验。结果表明:定心装置和柔性辊作用区的等效应力超过了材料的屈服极限,最大值达到213 MPa;成形件中心区域塑性应变值最大,达到0.07;柔性辊作用区塑性应变值次之,为0.03;皱曲区域的壳单元产生的是切向压缩变形,实验结果和模拟结果基本相同,都介于605~615 mm。应力应变场和皱曲的模拟结果与实际情况吻合,表明成形装置能加工出效果良好的旋转曲面件。     

Shear deformation of voids with contact modelled by internal pressure

The behaviour of voids in a ductile material subject to simple shear or to a shear-dominated stress state is analyzed numerically. Here the stress triaxiality is so low that instead of void volume growth to coalescence there is void closure leading to micro-cracks that rotate in the shear field. At some stage of the deformation, the void surfaces will come in contact so that sliding with or without friction will start to occur. To avoid problems with strong mesh distortion in the large strain field around the deforming void and with mesh resolution at the tip of the crack, an internal pressure is applied as an approximate representation of void surfaces pressed together in frictionless sliding, and also remeshing is applied. This micromechanical model for a strain hardening elastic–plastic material shows that a maximum overall shear stress is reached, at which localization of plastic flow occurs, leading to final failure in the material.     

大锻件控性锻造过程的计算机模拟技术

提出能够模拟大锻件空洞型缺陷演化和微观组织演变等控性指标的数值模拟方法。基于典型体元模型建立空洞体积变化与宏观应力应变场关系的数学模型,以图从多尺度角度揭示宏观的塑性变形及其应力状态对随机分布的微小空洞的体积变化影响规律。将该模型与有限元法集成,当锻件内任意一点有空洞型缺陷(给定缺陷体积百分比)时,能够模拟得到成形过程中空洞型缺陷的体积变化,从而可被用来评估含缩孔缩松缺陷材料的压实状态。采用元胞自动机方法建立一种转子钢的微观组织演变模拟方法,根据"应变—位错密度—动态再结晶—流动应力"之间的宏微观相互影响规律,模拟出动态再结晶晶粒尺寸和完成分数。将这些模型与热力耦合有限元法相结合,构造大锻件控性锻造过程的数值模拟技术。根据大锻件增量成形的变形特点开发基于刚性区自由度凝聚技术的快速有限元法,从而为大锻件成形的工艺优化提供有效的计算工具。     

Flow-stress equation including effects of strain-rate and temperature history

This paper addresses effects of deformation history, temperature history and heat treatment history on the flow-stress variation in terms of the mathematical theory of plasticity. On the basis of this discussion, a new flow-stress equation taking account of effects of such histories is proposed. The equation consists of the strain rate; temperature, and the reference stress which is determined by the plastic deformation energy.

The reference stress, the yield stress under the reference condition, is proposed as a measure of the history, and flow-stress is shown to depend on the reference stress but not on total plastic strain. The reference stress is shown to depend only on the generalized deformation energy, which is believed to be related to the stored energy of lattice defects introduced by plastic deformation. Plastic deformation accumulates the generalized deformation energy, and the recovery annihilates the energy. This study proposes a new flow-stress equation consisting of the reference stress, strain rate and temperature. The new flow-stress equation is applied to a forming process With varying conditions, and is consistent with experimental data.

Finally, this paper provides mathematical account of the new flow-stress equation. It is shown that the deformation energy is the only parameter that can connect structural change in a lattice and the mathematical theory of plasticity. While any other parameters are possible, the deformation energy is the simplest and a justifiable parameter to evaluate the history.     

防止承压设备总体塑性变形的5%最大主应变准则

提出了按5%应变确定塑性载荷的最大主应变准则。该准则可以用来防止承压设备的总体塑性变形。5%最大主应变准则只需要经过弹塑性分析,求出承压设备在载荷作用下产生的最大主应变,当最大主应变达到5%时,作用在承压设备上的载荷就是塑性载荷。与其它已有确定塑性载荷的准则相比较,5%最大主应变准则不需要预先画出载荷—变形(应变)曲线,因而,就不需要选择变形参数(选择变形点的位移,或者容器体积的变化等)。例子分析给出了5%最大主应变得到的塑性载荷,并与应力分类方法、两倍弹性斜率准则和双切线准则作了比较。     

Plastic deformation analysis in machining of Inconel-718 nickel-base superalloy using both experimental and numerical methods

Surface region plastic deformation of Inconel-718 nickel-base superalloy workpieces was evaluated when machined under orthogonal cutting conditions at various cutting speeds. Plastic deformation analysis was accomplished by determining the residual stress and plastic strain distributions in the surface region. The residual stresses were tensile and maximum near the surface and decreased in magnitude with an increase in depth beneath the machined surface. Similarly, the plastic strains were maximum near the surface and decreased with an increase in depth beneath the machined surface. In addition, a finite element simulation of orthogonal machining was carried out for predicting the residual stress and plastic strain distribution. In general, the trend of the curves predicted by the finite element model was similar to those found experimentally.