基于单元法向插值的模面回弹补偿方法研究

从理论上阐述了连线补偿与法向补偿的差异及适用情况,提出了基于单元法向的插值补偿方法,将其运用于S梁的回弹补偿。有限元分析结果表明,插值补偿法将零件回弹偏差减小了73%,能有效修正板料冲压成形回弹偏差。     

车用高强钢厚板模内淬火组织演变研究

目的 揭示高强钢厚板在热冲压模内淬火过程中的马氏体组织演变特征和规律。方法 建立了6 mm厚硼钢板热冲压模内淬火过程马氏体相变有限元预测模型,分析了马氏体分布情况及演变特征,阐明了保压力等关键淬火参数对组织演变的影响规律。结果 沿板面方向,马氏体从角部开始转化,逐渐由边缘向内部扩展,呈现出“边缘高、中部低”的分布特征。沿板厚方向,马氏体呈现出“表层高、心部低”的分布特征;随淬火过程的进行,这种厚向梯度分布特征逐渐弱化。与薄板相比,厚板的马氏体相变启动和结束时刻均较晚,且马氏体转化率明显较低,马氏体沿厚向分布的不均匀性也更明显。随保压力的增大,马氏体转化结束时刻前移,马氏体转化率增大且沿厚向分布更均匀,抗拉强度增大,延伸率减小;当保压力超过40 MPa时,上述影响逐渐减弱。结论 与薄板相比,厚板组织沿板面和板厚方向均呈现更明显的梯度分布特征。保压力对厚板组织演变和力学性能有较大影响,但这种影响随保压力的增大而逐渐减弱。     

300M钢保温过程晶粒长大的元胞自动机模拟

基于热激活机制、曲率驱动机制和能量耗散机制,建立了模拟300M钢晶粒长大的元胞自动机模型。分析了平均晶粒尺寸、相对晶粒尺寸分布和晶粒拓扑结构,发现晶粒尺寸随着时间的增加而增大,速率逐渐减缓;相对晶粒尺寸分布符合对数正态分布规律;六边形晶粒出现的频率最高。然后,通过300M钢加热保温实验,得到实际晶粒平均尺寸随保温时间和保温温度变化的规律,并与元胞自动机模拟结果对比,模拟结果平均误差为3. 7%。在此基础上,采用高温激光共聚焦显微镜原位观察300M钢连续的微观组织演变过程,结果发现,300M钢的晶粒长大是通过晶界迁移、吞噬周围小晶粒来实现。元胞自动机模拟的晶界迁移、晶粒长大过程与原位观察结果相符,说明建立的元胞自动机模型能准确模拟平均晶粒尺寸与晶粒拓扑形貌的演变。     

树脂基复合材料固化过程固化度场和温度场的均匀性优化

针对热固性树脂基复合材料的加热固化过程,提出一种以提高固化度场均匀性为优化目标的固化加热曲线优化方法。该方法通过在固化加热曲线中合理安排升温和保温过程,提高固化度的均匀性。首先,通过有限元模拟,获得制件的固化度场和温度场,确定其不同时刻固化速度最大差值,再进一步计算出固化速度最大差值的一阶微分。通过比较固化速度最大差值及其一阶微分的极小值时刻制品的固化特性,确定升温和保温的时间。模拟结果表明,优化前后的固化度最大差值从9.8%降低到4.9%,温度最大差值从18.2℃降低到7.3℃,制品的固化度场和温度场均匀性有较大改善。     

局部控温对300M钢大型锻件微观组织演化的影响

针对大型锻件的加热工艺,提出了一种局部温度控制方法,并通过300M钢加热的有限元模拟和工艺实验验证了可行性和有效性。基于经过实验验证的模拟参数,模拟了300M钢飞机起落架锻件的加热过程,得到了温度场和不同点的温度曲线。为了揭示局部控温工艺对微观组织分布的影响规律,将不同点的温度曲线输入高温激光共聚焦显微镜,原位观察了这些点的微观组织演化过程。实验结果表明,局部温度控制方法能控制大型锻件的局部温度场,而且影响锻件局部的微观组织,形成从球化的珠光体、混合晶组织,到等轴奥氏体晶粒等梯度分布的微观组织。研究为大型航空锻件的温度场控制和微观组织调控提供了参考。     

高强钢汽车转向节淬火组织转变

为模拟高强钢转向节淬火后的微观组织和硬度分布,使用Jmatpro软件计算了42CrMo钢的热物性参数和等温转变曲线,获得了42CrMo钢的珠光体、贝氏体、马氏体转变动力学模型参数。基于Comsol软件建立了42CrMo钢淬火过程的传热、相变多场耦合有限元分析模型,模拟了转向节在PAG(聚烷撑乙二醇水溶液)中淬火冷却的过程,获得了温度、微观组织和硬度分布。分析了锻件杆部淬火后的硬度和显微组织,并与模拟结果进行对比。模拟结果表明：锻件杆部表面主要为82.1%的马氏体和17.9%的贝氏体,硬度为31.9 HRC,心部主要为15.9%的马氏体、72.5%的贝氏体、9.1%的铁素体和2.5%的珠光体,硬度为26.8 HRC。试验测得的锻件表面硬度最高为32.0 HRC,心部硬度最低为26.4 HRC,表面的组织为短板条状马氏体和部分粒状下贝氏体,心部为针状马氏体、羽毛状上贝氏体和铁素体,模拟结果与试验结果基本吻合,表明建立的多场耦合有限元分析模型能准确预测高强钢转向节锻件淬火微观组织和硬度分布。     

基于BP-GA的拼焊板拉深成形工艺优化

基于BP神经网络与遗传算法建立了多目标优化模型,对拼焊板拉深质量评价指标进行详细分析,提出了一种改进的拼焊板拉深成形多目标优化函数。将所建立的BP-GA模型用于某车型中柱拼焊板拉深成形,将有限元分析结果作为训练样本,得到模型最大厚度、最小厚度(拼焊板两侧),以及焊缝移动最大误差3.23%、6.16%、0.47%、2.64%、6.65%。利用遗传算法寻找最佳的工艺参数,实验证明,基于BP-GA的拼焊板拉深成形工艺优化模型,能够对生产实践提供有效指导。     

300M钢奥氏体晶粒等温长大模型

为研究300M钢奥氏体晶粒保温长大规律,在不同保温时间(5~120 min)和保温温度(900~1150℃)下开展了加热炉保温实验,并通过腐蚀法获得了不同条件下的晶粒尺寸。实验结果表明,晶粒尺寸随保温温度的升高和保温时间的延长而增大,但晶粒长大速率随保温时间的延长而减小。晶粒尺寸与保温时间整体上呈幂指数小于1的幂函数形式。同时,温度越低晶粒尺寸越快趋于稳定。保温温度在1000℃以上时,晶粒生长迅速。基于实验结果建立了晶粒尺寸与初始晶粒尺寸、保温时间、保温温度关系的复合模型,模型的平均相对误差为4.38%,最大相对误差为12.47%。与Sellars模型和Anelli模型相比,该模型具有更高的精度。     

基于单元法向插值的模面回弹补偿方法研究

从理论上阐述了连线补偿与法向补偿的差异及适用情况,提出了基于单元法向的插值补偿方法,将其运用于S梁的回弹补偿。有限元分析结果表明,插值补偿法将零件回弹偏差减小了73%,能有效修正板料冲压成形回弹偏差。     

汽车高强钢锻件淬火开裂分析与有限元模拟北大核心CSCD

某汽车高强钢锻件在生产中面临淬火开裂问题,急需从生产工艺上回溯开裂原因。对淬火后的某汽车高强钢锻件进行解剖,观察了裂纹形貌、金属流线、微观组织和元素分布,发现断裂处材料流动极不均匀,锻造变形时剧烈的滑移和剪切是导致开裂的主要原因。模拟了某SAE5137H汽车高强钢锻件在浓度为9%的PAG淬火液(聚烷撑乙二醇质量分数为9%的水性淬火介质)中淬火的过程,发现淬火开裂位置的最大等效应力远低于材料的抗拉强度,淬火应力较小。综合裂纹分析的试验结果和有限元分析结果可知,该锻件锻造过程中材料流动不均匀,局部产生剧烈滑移,使材料塑性下降,虽然在锻造后未直接开裂,但在淬火热应力的作用下因塑性不足而导致开裂。根据开裂原因,将位置A开裂处预锻模膛局部凹模圆角半径减小至R8 mm,并对锻件位置B处局部加热,锻件淬火开裂比例显著下降,解决了开裂问题。