金属粉末压制成形机理及影响因素模拟分析

利用MSC.MARC有限元分析软件对金属粉末致密化成形过程进行了模拟分析。采用基于更新拉格朗日方法描述的大位移弹塑性分析,研究了不同工艺(压制方式、摩擦条件)对不同侧压系数(K=4、6、8)压坯中金属粉末致密化成形行为的影响规律。结果表明,双向压制工艺相比单向压制工艺可改善压坯应力和密度均匀性;摩擦条件的改善有利于增大金属粉末移动,减少应力集中,降低粉末压制力,提高压坯密度均匀性;而相同压制工艺下,压坯高径比小时,密度分布更均匀。     

粉末高速压制成形密度分布的数值模拟及影响因素分析

将研究不连续体力学行为的离散单元法应用于粉末高速压制致密化过程的研究,将粉末视为黏弹性的离散颗粒,建立粉末高速压制过程颗粒接触模型及每个颗粒的基本运动方程,推导了力与位移表达的粉末高速压制黏弹性本构关系。基于PFC软件实现了铁粉高速压制过程中粉末颗粒二维流动情况及压坯密度分布的数值模拟,模拟结果的密度分布规律与实际压制的密度分布规律较为一致;利用数值模拟结果对影响压坯密度分布的摩擦因数、高径比、双向压制因素进行了具体分析。     

压扭工艺改善钼粉末温压成形的模拟分析

运用MSC.Marc有限元仿真软件,采用基于更新拉格朗日方法的热-机耦合分析方法,模拟了钼粉温压和温压扭成形过程,获得了2种工艺条件下的粉坯相对密度分布规律,验证了有限元模型的可靠性。结果表明:压扭工艺可以减小粉坯端面边缘处相对密度分布梯度,增大侧壁附近粉末变形量,并显著提高平均相对密度及相对密度分布的均匀性。     

环形粉末预制坯压制规律研究

研究了环形粉末预制坯压制过程中压力和密度变化规律.通过力学分析建立了环形粉末预制坯压制力学模型,导出了6种压制方式下压制力沿预制坯高度分布规律,建立了统一的压制力分布计算公式,并计算了环形粉末预制坯下端面的最小压制力.基于黄培云粉末压制理论,导出了环形粉末预制坯相对密度沿高度分布计算公式,以及环形粉末预制坯上下端面密度的比值.     

紫铜/Al_2O_3陶瓷/不锈钢复合结构钎焊接头残余应力研究

采用有限元数值模拟的方法研究AgCuTi钎焊紫铜/Al_2O_3陶瓷/不锈钢复合结构的形变和残余应力分布情况,并对模拟结果进行实验验证。结果表明:残余应力主要分布在接头区,并且该区形变较小。陶瓷端的残余应力对接头性能影响较大,由于线膨胀系数差异过大,不锈钢陶瓷侧易产生裂纹缺陷,接头倾向于在该区域断裂,紫铜侧陶瓷端TiO反应层的形成导致该区域裂纹的出现,降低了接头的性能。研究各应力分量对最终残余应力的贡献,结果显示环向应力和轴向应力在陶瓷端所产生的拉应力是造成接头强度降低的主要因素。接头拉剪实验表明,接头主要在靠近不锈钢侧的陶瓷端断裂,验证了模拟结果的准确性。     

镁合金典型构件等温成形数值模拟及优化

运用DEFORM-3D软件对镁合金箱盖的等温成形过程进行了有限元数值模拟分析。根据箱盖结构特点,初步设计3种形状的预制坯,依据数值模拟结果,优化得到最终预制坯,并分析了等温成形过程中箱盖的等效应力、等效应变、速度、载荷-行程曲线等。研究结果,Ⅲ型预制坯金属在各个部位的流动相对较均匀,流动自然平滑,无拉伤、折叠等缺陷发生。综合分析,得出Ⅲ号预制坯的成形效果最好。     

纸木蜂窝板面外静态压缩有限元仿真分析

目的 探究纸木蜂窝板的压溃模式和单个蜂窝单元的变形失效模式,为纸木蜂窝板内部失效机制提供一定的理论基础。方法 通过有限元仿真模拟,分析面外静态压缩得到变形云图、应力–应变云图和应力–应变曲线。结果 纸木蜂窝板的受压过程分为4个阶段,应力集中分布在蜂窝芯层,最外侧的蜂窝最早出现变形且变形较大,随后中间区域的蜂窝逐步变形增大。蜂窝芯层在受压时存在至多1个应力峰,蜂窝壁弯曲折叠了1～2次,产生了1～2个塑性铰,并在此过程中吸收能量。结论 纸木蜂窝板的压溃失效趋势为由外侧蜂窝向内部蜂窝,由单层壁向双层壁,由最弱的压溃点向其余位置。     

大尺寸板材滚弯过程应力场特点分析

为了考察滚弯过程中下压量对板材应力应变的影响,建立了10Ni5CrMoV钢大尺寸钢板滚弯过程的二维平面应变动态有限元模型,分析了滚弯过程中板材的应力演变及残余应力的分布规律.结果表明:板材截面内厚度方向周向残余应力成拉-压-拉-压的"N"形分布,并且沿厚度方向可以分为5个应力状态各不相同的区域;随上压量的增加,沿板材厚度方向周向应力先增大后趋于一个定值;对于大尺寸板材的滚弯过程而言,用平面应变问题来处理,仍然能保持相当的精度,从而使得大尺寸板材滚弯过程的有限元模拟成为可能.     

铝锂合金电子束焊接数值模拟分析及工艺优化

采用组合热源模型对Al-Li合金电子束焊接温度场分布进行数值模拟分析,通过热-力耦合,模拟计算得到接头区域的残余应力分布.结果表明,Al-Li合金电子束焊接温度场沿焊接方向呈椭圆形分布,电子束热源中心的温度最高,其附近区域的等温线分布密集,随着与热源中心的距离增大,等温线分布逐渐稀疏,焊缝区存在较大的温度梯度,较好地模拟出了电子束焊缝的钉形分布特征.接头的残余应力分布模拟结果显示,残余应力主要集中于焊缝区,由于修饰焊的热作用,焊缝上部具有相对较大的应力值.利用模拟计算得到的结果进行焊接工艺及参数优化,焊接工艺试验表明,试验焊缝形貌与模拟熔池形貌相吻合,进一步验证了模拟计算结果的可靠性.     

数值模拟在陶瓷粉末材料冷等静压过程中的应用

为了解释陶瓷粉末件低密度缺陷的形成原因，借助有限元分析软件MSC.MARC对陶瓷粉末件的冷等静压（CIP）形成过程进行了有限元数值模拟，从数值计算的角度给出了成形过程中粉体的应变分布、密度分布规律，并提出了改善陶瓷粉末体件低密度现象的对策，研究结果表明：在CIP成形过程中芯棒顶端倒角处变形受到抑制，等效应变最大，相对密度最小，出现变形不均匀现象；粉末构件的几何形状、尺寸、模具形状对低密度区域的形成有较大影响。     

AA5B02 铝合金三通管充液成形工艺研究及参数优化

目的基于有限元数值模拟软件Dynaform对三通管的成形工艺进行优化。方法分析不同的初始压力、成形压力、轴向进给力、背压平衡力和合模力等对三通管成形的影响。根据成形过程进行模拟,得到分布应力图、厚向应变图、成形极限图等结果,根据模拟结果对零件的成形性进行分析,预测减薄破裂、起皱和回弹等缺陷。结果初始压力在防止侧推头将管坯推皱的前提下,取值应越小越好。成形压力和最大压力能保证减薄率、增厚率和成形度的要求即可。轴向进给对最终的成形质量影响较大。随着摩擦因数的增大,零件的减薄率不断增加,但是增厚率是先减小后增大。结论根据数值模拟的结果能够很好地优化三通管的成形工艺方案。     

大尺寸多孔7090Al/SiCp楔压致密化组织演变研究

基于对坯件进行多道次小变形累积实现大变形的思想,研究了大尺寸喷射沉积7090Al/SiCp复合材料锭坯(510mm×337mm×200mm)在楔形压制变形过程中SiC颗粒分布规律及孔洞变形行为。结果表明,在楔压过程中,坯料发生局部塑性变形,使喷射沉积坯中的孔隙发生剪切变形、闭合,最终实现坯件的致密化;SiC颗粒在压制力的作用下发生了转动,使SiC颗粒由沉积坯内的紊乱分布变为长轴垂直于压制方向的有序分布,但破碎效果不明显。楔压变形40%后,复合材料的抗拉强度及屈服强度分别为250及175MPa,伸长率为3.8%,致密度达到了91.76%。     

基于EDEM软件的粉料压制过程仿真与分析

为了验证在陶瓷墙地砖粉料压制过程中运用离散元软件EDEM分析的可行性,利用EDEM对陶瓷墙地砖粉料压制过程进行数值模拟分析,采用控制变量方法进行多组粉料压制过程的动态仿真实验,通过对实验数据的分析得出压制速度和压制力之间的关系。结果表明,在其他条件相同时,压制力与压制坯体密度均随着粉料压制速度的增大而增大,采用EDEM软件仿真的结果与压力机的实际工作情况是相符的。     

Cu-Mg合金连续挤压成形过程的数值模拟和试验对比分析

对高速铁路用Cu-Mg合金接触线进行了热变形模拟试验,试验结果显示,Cu-Mg合金的应力-应变曲线特征在400℃时主要以加工硬化为主,而在500℃以上时,不同应变速率条件下的应力-应变曲线均表现出了一定程度的加工软化特征,且温度越高应变速率越低,加工软化特征越明显。结合铜镁合金热变形模拟试验的结果和Arrhenius双曲正弦函数,建立了铜镁合金的本构方程。通过Deform 3D软件平台,并利用铜镁合金的本构方程,对高速铁路用Cu-Mg合金接触线连续挤压生产过程进行了3D有限元数值模拟分析,对比模拟结果与生产试验结果可知,两者的温度场分布基本一致,数值模拟结果的可靠性得到了验证。此外,结合3D有限元数值模拟结果,对高速铁路用Cu-Mg合金接触线连续挤压成形过程中出现的分层缺陷进行了分析,认为Cu-Mg合金接触线连续挤压成形生产过程中出现的分层缺陷是由于连续挤压过程中正压力异常分布所造成的。     

孔挤压过程中孔边应力应变演化规律的试验与模拟研究

该文采用挤压棒直接挤压的方法对LY12CZ铝合金进行孔挤压试验,测试了在不同过盈量、不同润滑条件下挤压时挤压力和孔边应变变化曲线。建立三维有限元模型,对挤压过程开展了数值模拟。结合试验和模拟结果,揭示了挤压过程中孔边应力应变的演化和分布规律;挤压力的变化特征以及摩擦系数和过盈量对挤压力的影响;孔的深度方向切向应力在挤压过程中的分布及孔边残余压应力的来源与演变。模拟值与试验测量值吻合良好,验证了有限元模拟的可靠性。     

化学强化铝硅酸盐玻璃表面微观力学行为的有限元模拟

采用有限元方法研究化学强化铝硅酸盐玻璃的表面硬度、模量等微观力学行为,并与纳米压痕实验结果进行对照.结果表明,通过有限元计算获得的纳米压痕载荷-位移曲线与实验结果吻合度良好,根据有限元模拟得到的载荷-位移曲线,采用Oliver和Pharr方法计算出的硬度和杨氏模量值与实验得到的硬度和杨氏模量值非常接近.模拟过程中采用了根据Larsson塑性公式计算出的铝硅酸盐玻璃屈服强度与塑性区域的应力应变关系,模拟结果与实验结果吻合度高说明根据Larsson塑性公式获得的铝硅酸盐玻璃塑性参数准确度较高.根据有限元模拟得到的应力分布情况,分析了铝硅酸盐玻璃在化学强化前后的弹塑性变形行为,结果表明化学强化产生的表面压应力层对铝硅酸盐玻璃的弹性区影响较大,对塑性区影响较小.     

反复锻压剧烈塑性变形的有限元分析

采用Deform-3D有限元软件模拟了反复锻压剧烈塑性变形,分析了加工过程中试样的流动、温度、应力以及应变分布。研究发现锻压过程中各部分质点流动的速度大小和方向都不相同。随着起始锻压温度的升高,试样同一部位温升数值逐渐降低。试样内大部分区域在3个方向都承受压应力,有利于细化显微组织的剪切变形始终存在。第一道次锻压完成后试样中应变分布很不均匀,随着加工道次的增加,累积应变及其分布均匀程度都不断提高。     

Y-TZP/LZAS微晶玻璃功能梯度涂层残余应力分析

为了提高钢基体微晶玻璃涂层的韧性,设计了Y-TZP/LZAS微晶玻璃功能梯度涂层。运用有限元软件,分析了梯度层数目、梯度层厚度和层间3Y-TZP体积组分差等参数对涂层/基体界面残余热应力的影响。结果表明,涂层表层主要分布为径向压应力;在涂层/基体界面的边缘区域应力集中较为严重;涂层/基体界面处的径向应力、轴向应力和剪切应力以及梯度层数目、梯度层厚度和3Y-TZP体积组分差均有密切关系。最后通过涂搪法制备了梯度涂层,测试了涂层表面残余应力,并与有限元结果对比,以验证模拟的准确性。     

铁粉的高速压制成形

采用高速压制技术制备铁基制品,探讨了冲击能量及冲击速度与冲击行程之间的关系,并研究了冲击能量、压制方式对生坯密度、最大冲击力、脱模力和径向弹性后效的影响.结果表明:在高速压制过程中,冲击能量与冲击行程呈线性关系,而冲击速度与冲击行程呈抛物线关系.生坯密度随着冲击能量的增加而逐渐增大.单次压制时,当冲击能量增加到6510 J时,生坯密度达到7.336 g/cm~3,其相对密度约为97%.在总冲击能量相同的情况下,两次压制制备出的试样生坯密度最大,三次压制的最小.在高速压制过程中,试样的脱模力及其径向弹性后效均远低于传统压制.     

早强地质聚合物混凝土3h动力学性能

利用直径100mm的分离式霍普金森压杆试验系统,研究了养护龄期3h时地质聚合物混凝土(GC)的动态力学性能。结果表明:地聚物混凝土(GC)的动压强度、均值应变随应变率增大而增大,表现出明显的应变率效应;同时,试件峰值应变随应变率增大并无显著变化。由于养护龄期3h时GC试件内部水化反应不完全,薄弱环节较多,在承受较大冲击荷载时,导致GC试件应力应变曲线在峰值应力处出现一个持续的平台区域。