外花键冷滚压成形过程单位平均压力

对外花键冷滚压精密成形的变形过程进行理论分析,用图解法建立了外花键冷滚压过程的塑性变形区滑移线场。在不同接触区域采用不同的摩擦条件,真实地反映了成形过程实际情况。根据滑移线场的应力场理论得到冷滚压成形过程中接触面上平均单位压力的封闭解。通过适当假设建立花键冷滚压有限元模型,应用有限元软件DEFORM对成形过程进行了数值模拟。将不同参数条件下平均单位压力的数值模拟结果与理论分析结果进行比较,两者吻合较好。     

方锥形渐进成形制件误差补偿工艺研究

成形精度低是制约金属板料渐进成形技术推广应用的重要因素。通过对方锥形渐进成形制件的精度测量发现,制件拐角处和高度方向尺寸精确,而侧壁处产生鼓凸,侧壁中心位置鼓凸高度最大。针对方锥形渐进成形制件的侧壁鼓凸问题,提出了一种变形求解方法,并将求解结果与实际测量结果进行对比,发现结果基本吻合。根据构建的侧壁形面模型,建立了方锥形渐进成形制件的补偿工艺,试验证明该工艺可以显著提高方锥形渐进成形制件的尺寸精度。     

摩擦约束不完全变分不等原理及其微粒群优化解法

利用不完全变分不等原理,将摩擦约束纳入问题的能量泛函,同时放松体积不可压缩的约束条件ii=0,用罚因子处理体积应变。实际算例表明,不完全变分不等原理不但能计算速度场,而且能直接计算变形力,且所得到的变形力比滑移线场结合极值方法获得的解析解更接近试验结果。在有限变形情况下,仍能得到变形力的理想结果。同时,利用微粒群优化方法,直接求解变分问题的能量泛函,避开了变分不等式的求解困难问题。针对优化求解过程中出现解的随机性,利用求平均值方法,使求解过程稳定,有效地改善了求解结果,并由此扩展了微粒群算法的应用领域。     

金属塑性成形过程CSPH无网格法数值模拟

应用微可压缩刚塑性材料的流动法则,采用修正的光滑粒子力学(Corrected smooth particle hydrodynamics, CSPH)无网格法,自行开发了求解金属方棒压缩和圆棒压缩等金属塑性成形过程应用程序。提出一种简单的求解体积应变速率的光滑技术,该技术使应力场计算结果能得到较好的改善。采用CSPH无网格法求解纯铝和Al6060铝合金材料压缩过程得到的速度场和应力场结果与有限元法计算结果以及试验数据进行了分析比较。结果表明, CSPH法能够较好地求解金属大变形过程,为今后进一步分析复杂金属变形问题提供了良好的研究手段。     

复合挤压力的研究

本文阐明了复合挤压的变形过程,并采用理想刚塑性材料模型,根据不同边界条件,建立了复合挤压时变形区的滑移线场。接着从已知的边界应力条件出发,求出塑性区的应力场和凸模端面上法向应力的分布规律。据此,求解了复合挤压力、计算值经过实验验证,误差不超过5%。另外,分析讨论了不同变形程度和有无截流的情况下,正挤压、反挤压和复合挤压的峰值压力之间的数值关系,提出合理确定复合挤压力的几点看法。从而,借助常用的诺模图,可以简易而准确地解决复合挤压力的工程计算问题。     

锥形件电磁成形试验研究

对利用平板件电磁成形工艺在有模具时成形锥形件进形试验研究，分析了利用锥形凸模成形时，坯料直径和模具锥度对成形质量的影响；分析了利用锥形凹模成形时，坯料的变形特点；提出了电磁整形工艺方案。     

汽车波形套复合缩径-胀形变形分析与求解

提出汽车波形套成形的复合缩径-胀形工艺,设计了成形模具,给出了胀形用弹性介质的设计原则,建立了波形套复合缩径-胀形力学模型,推导出各变形区的静力平衡方程,在试验研究的基础上求解了各变形区的应变场及应力场.     

外凸台内齿圈精密成型有限元数值模拟

对外凸台内齿圈件及模具建立了弹塑性有限元模型,分析了零件加工工序过程。构建了相关有限元力学模型,采用数值模拟方法分析了外凸台内齿圈件冷挤压成型过程,研究了成型过程中的相关关键技术,得出了成形过程中的挤压力、速度、应变场及材料充填的变化规律。较好地预测了成形过程中可能产生的缺陷。通过试验研究发现仿真结果和实际符合很好。数值模拟研究成果对冷挤压成形仿真以及塑性成形工艺控制和模具结构优化设计具有指导意义。     

盒形件固体颗粒介质板材成形工艺研究

固体颗粒介质板材成形工艺是采用固体颗粒微珠代替刚性凸(凹)模(或弹性体、液体)的作用对板材拉深成形的新工艺。选用非金属固体颗粒介质——GM颗粒作为研究对象,以固体颗粒介质在高应力水平下的体积压缩试验和摩擦强度试验为基础,应用散体力学理论中扩展的Drucker-Prager线性模型构建固体颗粒介质有限元材料模型。以具有非轴对称性的方盒形件为代表,进行固体颗粒介质成形工艺的有限元模拟,研究成形过程中板材的流动特征和壁厚分布规律。工艺试验成功得到方盒形零件,将加载曲线、成形过程变形特征和壁厚分布曲线与数值模拟结果比对较为吻合。分析表明,采用以散体力学为基础建立的固体颗粒介质材料模型进行工艺模拟,能够得到与试验较为接近的变形特征和力能参数,可以应用于制定工艺方案的依据,为该技术在板材成形中的应用起到指导和借鉴作用。     

利用速度相似因子η使滑移线法用于求解轴对称成形参数

由于平面变形与轴对称变形的速度存在相似性,故可从速度边界条件推得这两种变形的速度相似因子η。利用η可使滑移线法推广用于求解轴对称成形参数。经验证,所得的滑移线解很接近真实解。     

基于滑移线理论计算板料弯曲变形力

板料弯曲变形力一般都是根据材料力学方法计算,而滑移线法常用作分析理想刚塑性材料平面变形问题。通过对板料弯曲变形区应力状态分析,利用滑移线理论建立滑移线场,并根据滑移线场推导变形区的应力分布方程。基于变形区应力分布方程计算板料弯曲变形力,进一步对变形力进行修正,修正后的计算结果与根据弯矩求得的结果吻合较好。     

锥形螺母冷镦挤数值模拟及模具设计

提出了锥形螺母一次冷镦挤复合成形新工艺,设计了采用管坯冷镦挤成形锥形螺母的模具结构,运用Deform-3D有限元软件,模拟分析了锥形螺母冷镦挤成形过程中坯料填充凹模型腔的流动速度场和等效应力场。结果表明:管坯各处的流动应力值均不超过其材料的流动应力极限,金属坯料可以流动到型腔的各个部位,此工艺能够获得形状完整的锥形螺母。     

固体颗粒介质成形工艺变形模型研究

介绍了固体颗粒介质成形新工艺,即采用固体颗粒介质代替刚性凸模(或弹性体、液体)的作用对板料进行软模成形的工艺,并阐述了新工艺的优点。自行设计制造了板料成形试验模具与装置,通过成形试验成功试制出子午面为抛物线与锥形两种典型曲面类零件。对成形件外轮廓的测量分析可知,固体颗粒介质成形过程中,自由变形区的形状可用抛物线函数非常精确地表示。通过建立抛物线函数变形模型,推导出两种典型零件成形中压头压入行程与板料最大变形量的函数关系。通过对板材固体颗粒介质成形新工艺进行数值模拟,进一步验证了抛物线函数变形模型。     

面向数字成形制造的高精度模拟计算技术

在中国国家自然科学基金资助项目《工程中数值分析的复杂力学建模与高精度方法》、中国国家自然科学基金资助项目《精确成形制造中的高梯度特征建模与典型工艺分析》，以及中国教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目《塑性微成形中复杂力学行为的两尺度耦合建模研究》共同资助下，开展高精度数值模拟方法的研究，对以上研究取得的成果进行学术总结。 认为数字成形制造的研究发展方向是：(1)数字成形制造的共性基础性问题研究，包括多场和多尺度耦合、高度非线性和高梯度、时间和构形的动态过程、局部精细和大规模计算、计算的可靠性；(2)数字成形制造过程的典型特征原型及建模，包括材料成形过程中的宏/微观、性能/组织等多场特征原型，固态塑性成形、液态及半固态成形、焊合过程的特征计算建模，典型制造过程(塑性成形、液态及半固态成形)模型的大规模数值计算方法；(3)基于网络的数字成形制造平台，包括基于网络实现成形制造数字化的基础问题研究，计算信息的数据管理与网络通信技术，基于网络的大规模平行计算实现(分布式和超级计算机)。     

基于DEFORM-3D的外凸台内齿圈件正交试验法工艺优化研究

采用刚粘塑性有限元法对外凸台内齿圈件精密成形过程进行了数值模拟,得出了成形过程中成形力规律,列出了影响成形力的两个因素:温度和凸模速度.通过正交试验法研究了各因素对成形力的影响,找到了最佳组合.研究结果有利于成形工艺的优化设计.     

《塑性力学及其在工程中的应用》讲座(五) 滑移线法的原理及应用

塑性力学中的滑移线法是利用滑移线的性质求解塑性力学问题的一种方法。金属材料在塑性变形时所产生的滑移是沿着最大剪应力方向的,所谓滑移线就是塑性变形过程中最大剪应力的迹线。如将塑性变形过程中     

切削过程绝热剪切带的滑移线场研究

根据滑移线场理论,对于切削过程绝热剪切带内的塑性变形,提出了一种四边界五区域滑移线场模型,并给出了相应的速矢图。定义了包括刀屑摩擦接触边界、刚塑性边界、准刚塑性边界和准自由边界的绝热剪切带滑移线场边界。根据不同的应力边界条件、绝热剪切带内滑移线场应力变化趋势和滑移线场几何形状分析,将绝热剪切带滑移线场划分为五个区域。采用矩阵算子法确定了滑移线场模型的几何参量,给出了求解绝热剪切带内应力分布的方法。采用提出的绝热剪切带滑移线场模型,对于正交切削FV520(B)不锈钢材料,分析计算了由于绝热剪切引起的导裂角随刀具前角和切削速度的变化规律。通过已加工表面几何形貌实验观察,印证了导裂角与已加工表面质量的相关性。     

圆锥形零件拉深成形过程中接触应力分布的研究

利用已确定的板面内的真实应力、应变分布,根据对锥形件成形过程中各接触区域的受力分析,首次确定并 分析了各接触区域的接触应力分布形式及特点,同时根据对凸模、压边圈分别隔离后的受力分析,对得到的结果进 行了验证。对进一步建立精确的数学、力学模型,揭示锥形件冲压成形机理,进而实现成形过程的智能化控制具有 重要的意义。     

浅谈带凸缘锥形零件的拉深特点

带凸缘锥形零件拉深变形区的位置、受力情况、变形特点与筒形件不同，所以在拉深中出现的问题和解决的方法也与筒形件不同。对于这类零件既不能像筒形件那样简单地用拉深系数去衡量和判断成形难易程度，又不能用来作为模具设计和工艺过程设计的依据。以下我们将从受力变形、拉深过程、压边力与成形极限深度的关系谈谈带凸缘锥形件拉深的特点。     

板料激光曲线弯曲成形的数值模拟

基于非傅立叶热传导方程建立了板料激光曲线弯曲成形过程的三雏瞬态温度场以及形变场的有限元列式。在可以忽略材料因变形而产生内热的情况下，将板料激光曲线弯曲过程的温度场和形变场视为两个独立的子系统进行了分别求解，模拟了具有强烈瞬态非线性特征的板料激光曲线弯曲过程，从热力学角度揭示了板料激光曲线弯曲变形的内在机制。