平面曲梁纯弯曲等价定理及其试验验证

平面曲梁的纯弯曲过程是固体力学领域中的一个重要分支,但是由于曲梁初始曲率的存在,导致对其精确解析的复杂性。相对而言,直梁的平面弯曲及弹复过程却相对容易实现定量预测。为简化平面曲梁纯弯曲的理论分析模型,针对小曲率平面曲梁的小弯曲变形特点,通过引入曲梁截面弯曲应变的线性分布假设导出曲梁纯弯等价定理。基于板材的四点弯曲特点,同时依托于高精度的三坐标测量仪器,采用不同的板坯试样在不同的弯曲工艺条件下的试验验证该等价定理的可行性。最终试验结果表明,采用直梁弯曲的曲率叠加曲梁初始曲率的方式来代替曲梁弯曲后曲率值,最终结果的绝对误差小于5×10–5,相对误差不大于4.5%,完全满足工程精度的需求。     

往复弯曲统一曲率定理及其试验验证

辊式矫直工艺和辊式矫圆工艺均通过往复弯曲方式达到统一曲率的目的,辊式矫形过程中的往复弯曲变形规律是确定矫形工艺参数的理论依据。针对往复弯曲变形过程,建立一套符号系统,将弯曲曲率和弯矩矢量化。基于小曲率平面弯曲弹复方程和应变叠加原理,引入初始当量应变和当量应变的概念,采用图解法对往复弯曲弹复过程进行分析,在考虑稳定金属材料往复弯曲过程中的形变硬化、Baushinger效应和循环软化,分三种情形证明往复弯曲可以湮灭初始曲率的差异,最终使曲率统一到同一方向、同一数值,提出往复弯曲统一曲率定理。进而,设计模压往复弯曲试验装置,选用不同初始形状、不同材料的板坯进行往复弯曲试验,讨论残余曲率半径和拟合圆弧偏差随弯曲次数的变化规律,验证往复弯曲统一曲率定理的正确性,为辊式矫直和辊式矫圆工艺方案和控制策略的制定奠定了理论基础。     

金属棒材四点弯曲压力矫直行程预测模型研究

为改善工件矫直过程中的应力应变分布,提高精密矫直的精度,建立了金属棒材四点弯曲压力矫直行程预测模型。首先,基于三点弯曲压力矫直理论对矫直过程中金属棒材的弹塑性变形进行分析,推导四点弯曲压力矫直的弹塑性变形规律;其次,采用有限元模型进行四点弯曲压力矫直仿真分析;最后,采用自主研发的数控压力矫直机进行实验,将获得的实验结果与理论和仿真分析结果进行对比。结果表明:采用双压头双支撑结构的四点弯曲压力矫直方案在精度和工件变形上均优于三点弯曲压力矫直方案,可广泛应用于直线金属棒材精密矫直工艺。     

带钢的拉伸弯曲矫直技术

冷轧后的带钢经退火后往往会产生板型缺陷,例如：飘曲、浪形、浪边、及轻度的镰刀弯等。板带采用拉伸弯曲矫直机时,能解决以上问题,达到改善板型目的,而达到同样的矫直效果只需要纯拉伸矫直所需张力的1／3～1／5,它的矫直效果是迄今为止最好的。     

大型直缝焊管多点弯曲一次性矫直新工艺原理

由于大型直缝焊管的特殊性,多采用三点弯曲多次矫直的方法修正其直线度。基于平面弯曲弹复理论及过弯矫直等价原理,给出基于管件初始挠度曲线分布的理论矫直弯矩,施加该理论弯矩可将管件一次性完全矫直。为方便工业应用,将该弯矩离散线性化,提出多点弯曲一次性矫直控制策略,并给出相应的工艺参数的确定方法。通过实测大型管件挠度分布,建立大型管件多点弯曲一次性矫直的数值仿真模型,并以小尺寸管件的物理模拟试验验证仿真模型的可靠性。对实际管件的仿真模拟结果验证多点弯曲一次性矫直控制策略的可行性,为全自动矫直机的设计和应用提供理论基础。     

边浪带材拉伸弯曲矫直有限元模拟曲率分析

带材在轧制过程中由于延伸不均匀使内部产生残余应力,当应力值达到一定程度时就会造成板带的浪形等三维板形缺陷。采用有限元软件ANSYS／LS--DYNA分析研究金属带材边浪的生成及拉伸弯曲矫直过程。分析拉伸、压缩和拉弯3种情况下边浪带材的初始曲率发生的变化及矫直卸载后残余曲率分布状态,为生产现场选取较佳的矫直工艺参数提供帮助。     

宽带钢拉伸弯曲矫直变形过程的有限元仿真

宽带钢的拉伸弯曲矫直过程是目前尚无法解析求解的复杂弹塑性变形过程。以某1550酸轧“两弯一矫”式拉伸弯曲矫直机为对象,首次运用MARC有限元软件对这一变形过程进行了仿真研究,并提出一系列描述拉矫机理和效果的概念和指标。系统的数值仿真计算与分析不仅揭示了带钢拉矫变形的力学机理,而且给出了插入深度、张力、弯曲辊辊径以及带钢规格材质等多个因素对拉矫过程和效果的影响规律与特点。     

拉伸矫直数学模型及试验验证

拉伸位移是拉伸矫直工艺中极为重要的工艺参数,建立拉伸矫直过程拉伸位移与拉伸力的数学模型是科学确定矫直工艺参数的基础.根据拉伸矫直过程中拉力的变化规律,将拉伸矫直分为弹性加载第一阶段及其回复阶段、弹性加载第二阶段及其回复阶段、弹塑性加载阶段.以一维弯曲的圆形截面棒材为研究对象,假定矫直为线性强化材料,依据弹塑性力学理论,推导建立了拉伸矫直过程的拉伸位移——拉伸力数学模型.以AZ31镁合金棒材为例,采用该数学模型进行实例计算的结果与试验结果吻合较好.研究表明,原始挠度通过影响弹性第一阶段的斜率,从而影响卸载后的弹性回复量.当其他条件不变时,随原始挠度增加,矫直所需的拉伸位移和拉伸力均增加.     

薄壁管材矫直曲率半径数学模型及其验证

矫直曲率半径作为矫直工序的核心工艺参数,对管材特别是薄壁管材的矫直精度起到决定性作用。而目前在薄壁管材的矫直生产中,仍然沿用经典理论的数据图表,结合人工经验和反复试矫对其进行估定,亟待建立精确的矫直曲率半径数学模型以指导生产,为此基于薄壳构件弹塑性理论及其相关假设建立了针对薄壁管材矫直变形区的应力应变关系模型,进而对变形区弯曲力矩进行解析,运用经典卸载规律建立薄壁管材矫直曲率半径的数学模型方程,同时给出求解方法。通过有限元仿真分析和现场试验,并与经典矫直理论的计算结果进行对比,证明该模型在处理薄壁管材矫直问题时是正确和有效的,为继续深入研究矫直相关工艺参数的合理设置、完善薄壁管材矫直理论体系奠定基础。     

中小型轴类零件旋转弯曲矫直工艺数值模拟研究

直线度是轴类零件重要的质量参数之一,矫直是轴生产过程中的一道必要工序。针对现有矫直工艺的局限性,提出中小型轴类零件旋转弯曲矫直工艺。基于通用有限元软件LS-DYNA,使用Y-U强化模型对工艺过程进行了数值模拟研究,揭示其矫直机理,探究各因素对矫直效果的影响。研究结果表明,矫直过程中材料任意质点应力均经历多次的正负交替变化,在逐渐卸载过程中使轴向任意微段的曲率逐渐趋近于零,实现其矫直。残余挠度随着弯曲量的增加而降低,当弹区比达到0.2时,残余挠度达到了最小。随着旋转速度的增加,残余挠度先减小再增大,当旋转速度与弯曲量的比值为125r/rad时,矫直效果较好。长径比、初始挠度(大小及挠曲形式)以及初始残余应力对矫直效果影响较小,采用相同的工艺参数均取得了良好的矫直效果。数值模拟结果验证了工艺的可行性,无需经过复杂的初始挠度测量,光轴和阶梯轴矫直后残余挠度均在0.1mm以内。     

三辊非对称滚弯成形的数值仿真及试验验证

基于有限元法对三辊非对称滚弯成形工艺进行了研究,对比分析了三辊非对称滚弯成形和三辊对称滚弯成形过程中,变形区应力场、板材上表面的塑形应变场及卷制力的变化规律。仿真结果表明：侧辊位移进给量相同的工况下,三辊非对称滚弯成形的卷制力大于三辊对称滚弯成形的卷制力;三辊非对称滚弯变形区的纵向应力和径向应力均大于三辊对称滚弯成形的纵向应力和径向应力;三辊非对称滚弯成形板材压弯段的成形质量高于三辊对称滚弯成形的成形质量。最后,经三辊非对称滚弯试验验证,有限元模型的成形误差为6.8%,有较高的精度。     

悬臂梁压电弯曲效应研究与验证

采用各向异性弹性理论和电磁理论计算压电石英悬臂梁的弯曲应力和弯曲束缚电荷密度,并利用有限元方法模拟出极化电场分布。理论分析表明,采用分割电极法在压电梁表面合理布置检测电极可测量弯曲效应。对该悬臂梁压电弯曲效应进行了实验验证,实验结果表明电极检测的电荷量与外力成线性关系,理论分析与实验结果基本一致。悬臂梁压电弯曲效应研究将为新型压电谐振器或执行器的开发奠定理论和实验基础。     

通电加热铣削原理及试验验证

提出了一种通电加热铣削方法,介绍了其基本原理与实验装置。通过试验及分析用小波变换处理采集到的振动信号来证明这种方法能够大幅降低切削过程的振动,提高刀具寿命,降低表面粗糙度,并且成本低、实验装置简单实用。提出了一种基于通电加热的新型高温硬度测量方法,用该方法分析淬火钢在高温下的硬度变化情况,发现常温57HRC的淬火T10A工具钢在300℃左右,硬度就急剧降低至30HRC,这也证明了加热切削的有效性。     

关于夹芯梁四点弯曲试验的计算分析

在材料力学推导出的矩形截面梁剪应力公式基础上,利用夹芯梁轴向位移,弯曲挠度与剪切应变的几何关系,推导出了夹芯梁截面弯曲应力及弯曲挠度表达式,弹性理论及有关试验结果都证明了该方法的计算精确度较高.理论计算分析表明:外载荷作用下夹芯梁四点弯曲时,在外载荷作用处夹芯梁面板与芯材结合部位应采用强度理论进行校核;均布载荷作用下剪...     

可变管径绕弯模具弯管的理论与实验研究

针对传统的一副绕弯模具只能弯制一种外径管材的限制,提出了一种通过调节弯曲型槽的形状而实现在一副绕弯模具上弯制多种外径管材的思路。利用数值模拟与实验研究了不同外径管材在该可变管径绕弯模具上进行弯制时的变形特点,以及不同型槽和弯曲角度对管材弯曲截面形状和壁厚变化的影响。研究表明,通过合理调节绕弯模具的型槽形状,完全能够在同一副模具上弯制具有不同外径且满足质量要求的管件。     

Hamilton体系下阶梯梁的辛求解与实验验证

在哈密顿体系中,用辛数学方法求出了阶梯梁自由振动的固有频率和结构振型,并进行试验验证。通过对具有3个阶梯的两端固支阶梯梁进行实验验证,得到了实测的前4阶固有频率和对应的结构振型。结果表明,辛数学方法所得到的频率和振型与实测结果符合很好,其可靠性与准确性得到了验证,同时,可以很好的保证结果的完备性和收敛性。     

一种疲劳-蠕变交互作用寿命预测模型及试验验证

基于延性耗竭理论和损伤力学,对材料疲劳-蠕变交互作用下的延性消耗、损伤、循环周次和失效寿命之间的关系进行了分析,在此基础上,建立了一种疲劳-蠕变交互作用的寿命预测模型,模型形式简单,非常便于实际工程应用。通过1.25Cr0.5Mo钢光滑试样540℃和520℃环境下应力控制的梯形波加载试验,用该模型进行了失效寿命的预测,可以很好地解释相同温度和加载条件下的寿命波动,预测结果与实测结果符合较好。     

轴、弯载荷下完全叠接K型管节点的应力集中系数研究

对大型完全叠接K型管节点试件分别承受轴向荷载和平面内弯曲荷载时的应力集中系数进行了实验测试,通过数值分析,得到了完全叠接K型管节点承受这两种基本荷载作用时焊缝周围的应力集中系数分布情况,分析结果与实验数值相吻合,结果表明在轴向荷载和平面内弯曲荷载作用下,斜管与叠管交接处的应力集中现象比较严重,而主管相对安全,这对指导工程设计是非常有益的。     

一种基于熵增理论的疲劳-蠕变交互作用损伤模型及试验验证

根据经典热力学理论,材料疲劳-蠕变交互作用下的损伤过程可视为系统熵增的累积,当熵增积累到临界值时,材料发生失效断裂。按此理论,并基于连续损伤力学和能量守恒定律,以系统熵增的变化来描述材料损伤,建立了一种疲劳-蠕变交互作用的损伤模型。为验证该模型,进行了540℃和520℃环境下1.25Cr-0.5Mo钢应力控制的梯形波加载试验,以材料的残余应变反映熵增积累,选取残余应变的变化作为损伤变量,用上述损伤模型进行了材料疲劳-蠕变交互作用的损伤演化描述,结果表明实测损伤点数据与该模型的损伤演化规律符合较好。