中厚板轧制多参量耦合的数值模拟(Ⅱ)

在采用三维刚塑性有限元法和金属热变形组织演变规律,建立中厚板轧制过程多参量耦合数值仿真模型。在数值模拟(Ⅰ)分析典型工艺下16Mn中厚板显微组织演变规律之后[10],运用该模型对16Mn钢中厚板轧制过程进行了各种工况的有限元模拟,分析了压下量、变形温度及轧制速度对轧件热机械性、组织变化的影响规律。     

中厚板轧制过程的数值模拟

以L245级管线钢材料的热物性参数(密度、泊松比、杨氏模量、热膨胀系数、热导率和比热)和热模拟压缩实验获得的高温变形时应力—应变曲线等试验数据为基础,在MSC.Marc软件中建立了该钢种材料数据库,并建立了中厚板多道次轧制过程的二维有限元模型。以铸坯厚度为220mm、成品厚度为25.4mm的热轧过程为例,通过对轧件与轧辊接触面间换热系数采用取不同常数值的方法,并依据其生产时所采集的各道次相关工艺参数,对该轧件全道次热轧过程进行了数值模拟,将各道次的轧制力计算值与实测值进行了分析比较,确定了轧件与轧辊间接触面换热系数的最佳值。利用本文模型对厚度为180mm的轧件单道次轧制过程进行了数值模拟,研究了不同变形工艺参数(轧制温度、道次压下率和轧制速度)对变形区等效应变和等效应力的影响。结果表明,在轧机设备能力及生产现场条件允许时,高温粗轧阶段纵轧道次可采用低速大压下率进行轧制成形,使变形较充分地向轧件芯部渗透,从而使钢板获得细小均匀的晶粒组织,有效改善钢板的强韧性能。     

中厚板多点成形中回弹的数值模拟

回弹是影响成形件质量的主要因素之一，是板材冷冲压成形中必须解决的问题。以圆柱面和球面件为例，采用显-隐式算法模拟多点成形中厚板时的回弹现象。显式算法模拟加载成形过程，隐式算法模拟卸载回弹过程。模拟中采用Mises屈服准则的双线性各向同性硬化材料模型。对不同板厚和不同变形量的成形件进行回弹数值模拟，分析回弹的趋势和回弹的影响因素。得出：成形件的板厚越大、变形量越大，卸载后的回弹越小。     

热轧带钢轧制全程三维热力耦合仿真分析

通过三维热力耦合弹塑性有限元方法,对1250mm×20mm热轧带钢整个轧制过程进行了仿真分析。介绍了轧制过程分段处理方法及边界条件的设置,获得了轧制全程的轧件温度场及变形结果。通过温降曲线 与现场的测试数据进行对比,仿真分析结果与现场实际情况基本吻合,能够为实践生产提供理论参考。     

2519铝合金多道次热轧过程组织演变的数值模拟

基于热模拟双道次压缩试验研究了2519铝合金变形后道次间隔时间内的软化行为,建立了静态再结晶模型.采用FORTRAN语言对有限元软件DEFORM-2D进行了二次开发,实现了2519铝合金多道次热轧过程的热力一组织耦合分析.结果表明:在多道次热轧过程中,由于外摩擦和变形区形状因子的作用,使得变形不均匀,造成再结晶百分数沿轧件厚度分布也不均匀,在前几道次上,轧件表面附近因发生较大的塑性变形而发生明显的再结晶行为,随着道次的增加,轧件心部才发生较明显的再结晶行为,使再结晶得以贯穿整个厚度.     

中厚板弯曲过程中减薄量的数值模拟

对3种材质的铝合金中厚板在一系列条件下进行了弯曲实验,并对实验过程进行了有限元数值模拟分析,弯曲减薄量的模拟结果与实验数据吻合良好,各试样减薄率约0.5%～4.5%不等.通过模拟获得了板料弯曲过程中的瞬态应力场分布,能够从中了解应力中性层的移动规律.结果表明,有限元数值模拟能够对中厚板弯曲过程的理论研究和工艺编排起到一定帮助和指导作用.     

热轧中厚板带状组织的成因与预防措施

分析了热轧中厚板生产过程中带状组织的形成机理和主要原因,讨论了连铸过程中枝晶偏析控制,以及热轧过程中加热、控制轧制和控制冷却等对带状组织的影响,并提出了预防和减轻带状组织的工艺控制措施.     

基于耦合热变形的线材轧制数值模拟研究

利用有限元软件Deform3D建立线材方坯变形过程的刚粘塑性有限元系统模型,以热力耦合大变形理论为基础,采用真实工艺尺寸,对高速线材中轧区五机架热连轧过程进行了三维数值模拟,超前再现了连轧过程的堆拉关系以及线材在孔型中的三维变形.确定了各种工艺条件下的传热边界条件及其对应的换热系数关系式,研究了轧件变形过程中的材料温度变化和温度场的分布值以及轧制力、轧制力矩的变化特征,模拟计算结果具有较高的精度,对轧制工艺参数的优化有重要的参考价值.     

热轧中厚板探伤合格率低的成因研究

针对某钢厂生产的Q235B热轧中厚板探伤合格率低的问题,采用光学显微镜和扫描电镜对钢板探伤不合格部位进行了观察与分析.结果表明,导致探伤不合格的主要原因是组织中存在以点状密集形和长条状为主的MnS、Al2O3或氧化物和硅酸盐夹杂,尤其是钢板组织中存在大量长度达300 μm的狭长条带状MnS夹杂物,条带区域与基体结合疏松,有大量显微空隙与显微裂纹.     

焊接多物理场耦合数值模拟的研究进展与发展动向

现代焊接工艺涉及力、热、电、磁、光、声等一切可以利用的能源及其与被焊材料的相互作用,本质上是传热、冶金、力学等多学科、多物理场强耦合的复杂过程.深入了解和掌握焊接工艺涉及到的复杂多物理场耦合及其相互作用机制,对于实现焊接加工过程的优质、高效、低耗与清洁,具有重要意义.本文论述了焊接热过程与熔池－小孔动态行为、焊接应力与变形、接头组织与性能等领域数值分析与预测技术的关键理论基础与技术方法.重点介绍了激光－熔化极电弧复合热源焊接、受控脉冲等离子弧焊和搅拌摩擦焊工艺过程数值分析的最新成果.在此基础上展示焊接多物理场耦合数值模拟领域的研究进展与发展动向.     

基于数值模拟的中厚板零件冲压工艺研究

中厚板轮辐零件是钢制车轮的重要安全承载部件,强度和尺寸精度要求较高,常采用中厚板冲压成形.根据零件的形状特点,采用预冲孔的圆环一步冲压成形,并用Deform软件模拟其成形过程.分析了冲压速度、摩擦条件和凹模圆角半径对成形载荷的影响规律,并设计正交试验得到优化的参数组合.基于优化结果,设计相应的模具工装,通过试验得到合格零件,验证了工艺方案的可行性.     

焊接过程数值模拟材料参量的确定

使用随温度变化的材料热—力学参量,研究了屈服强度、热导率、比热容、弹性模量、线膨胀系数、密度及泊松比7个热物理与力学参量对焊接残余应力峰值的影响.结果表明,屈服强度和热导率的变化范围较大,对纵向残余应力峰值影响显著;比热容、弹性模量、线膨胀系数和密度的变化范围较小,对纵向残余应力峰值影响不大;泊松比的变化范围与线膨胀系数和密度的相当,但对纵向残余应力峰值影响非常小.使用切条释放法对铝合金2A12-T4平板中纵向焊接残余应力模拟结果进行试验验证,模拟结果与试验结果吻合良好,证明了模拟结果的正确性.     

铝合金点焊的多场耦合建模与动态过程数值模拟(英文)

基于铝合金点焊的热、机、电及相变原理,建立热电力耦合场的轴对称有限元数值仿真模型,实现对焊接区温度场、电场、应力应变的动态模拟。发现了焊接电流变化激发的铝合金动态电阻"瞬态逆向虚变效应",揭示了过程热电耦合瞬态与稳态差异性作用机理,阐释了焊接电流增加而瞬态电阻骤降的反常现象。基于铝合金点焊稳态仿真与实验结果修正了动态电阻数值计算模型。AA5182的计算与实验结果表明,考虑动态电阻"瞬态逆向虚变效应"的动态仿真模型能够精确描述焊接电流调整过程中的电参数动态变化和铝合金焊点熔核的生长过程。     

镁/铝爆炸复合板轧制过程的热力耦合数值模拟

镁/铝叠层复合板作为一种新型的叠层复合材料,利用爆炸+轧制的工艺方法生产镁/铝叠层复合板能够充分发挥镁合金和铝合金的性能优势。应用ABAQUS有限元分析软件对镁/铝爆炸复合板在不同热轧工艺下的热轧过程进行模拟,分析了轧制过程中温度、压下率对复合板宽展、等效应变及翘曲程度的影响。模拟结果表明:复合板宽展随温度的升高而略微降低,随轧制压下率的增大而增大;轧制过程中金属主要沿轧制方向进行流动,最大宽展率为3.5%;从复合板头部到尾部,节点的等效应力先升高、再维持水平、最后下降,界面最大等效应变随压下率的增加由0.164增大至0.523;轧制过程中,界面处金属温度高于两侧金属温度,轧制结束后温度由350℃降至237℃;轧制温度为350℃、轧制压下率为30%时,轧制效果最好。     

微流道模具掩模电解加工多场耦合数值模拟

针对医用微流道模具掩膜电解加工技术难题,应用Comsol软件建立多物理场耦合有限元模型,计算得到微流道段内流速分布。通过分析电解液入口流速对氢气气泡率、铁离子浓度和温度的影响,进而分析对电解液电导率的影响。在相同加工参数下,宽500μm、深200μm沟槽尺寸和形状的计算模拟结果与实验结果基本吻合,其深度方向最大误差为10.07μm、相对误差为5.03%,可为微流道模具掩膜电解加工的流场控制提供数值计算和实验依据。     

钢基表面热喷涂镍沉积过程中热力耦合场的数值模拟

利用有限元软件ANSYS中的间接耦合法,对钢基表面热喷涂镍沉积过程中的热力耦合场进行了数值模拟,对温度场及应力场的分布、基体预热温度对残余应力的影响进行了分析.结果表明:熔滴最高温度位于熔滴的中心部位,最低温度位于熔滴边缘部位;熔滴最大径向压应力值位于熔滴下表面的中心部位;提高基体的预热温度能够降低涂层/基体界面处的残余应力,但不能改变应力的分布形态.     

焊接接头损伤条件下的断裂力学参量数值模拟

利用弹塑性损伤-应变耦合有限元方法研究了不同强度匹配焊接接头中母材区断裂应变的变化对焊缝区裂纹断裂力学参量J积分的影响规律.结果表明,对于强度高匹配、等匹配和低匹配的焊接接头,在焊缝区各项力学性能参数保持不变的条件下,随着母材区断裂应变的减小,焊缝区的塑性应变及裂纹扩展驱动力J积分均有明显的提高;随着接头强度匹配比M的降低(母材屈服强度的升高),母材区断裂应变的变化对J积分值的影响作用减小.     

一种基于等温多塑性变形机制耦合的数值模拟方法

以TC4合金等温锻造为例,提出一种基于多塑性变形机制耦合的数值模拟方法。通过对等温锻造过程中塑性变形机制的研究和对应变速率敏感指数以及TC4合金动态再结晶的分析,建立材料常规塑性变形、超塑性变形和蠕变变形的判据。并依据多塑性变形机制判据来确定坯料内部各单元的实时塑性变形机制,同时采用相应的本构方程,使模拟结果更符合实际情况,从而能真实反映航空难变形材料的等温锻造工艺过程：普通塑性变形、超塑性变形和等温保压充填模具过程等。模拟结果表明,变形材料并非处于单一塑性变形机制,而是多种变形机制相互协调,并且随着变形的进行,材料各单元的变形机制也随之改变。等温锻造过程中,上述机制的改变与材料的动态再结晶密切相关     

焊接工艺过程对中厚板埋弧焊应力场影响的数值模拟

通过ANSYS有限元分析软件，采用热-应力直接耦合分析法对低碳钢中厚板埋弧焊焊接温度场与应力场进行了模拟分析，并比较了单面双层焊、正反双面依次焊和正反双面同时焊三种焊接工艺过程对接头焊接残余应力的影响。     

焊接工艺过程对中厚板埋弧焊应力场影响的数值模拟

通过ANSYS有限元分析软件,采用热-应力直接耦合分析法对低碳钢中厚板埋弧焊焊接温度场与应力场进行了模拟分析,并比较了单面双层焊、正反双面依次焊和正反双面同时焊三种焊接工艺过程对接头焊接残余应力的影响。