平面变形回弹迭代补偿的收敛准则及应用

针对板材平面变形过程中的回弹问题,基于迭代法建立了迭代补偿机制,给出了迭代参量收敛性的判定准则。对于简单应力状态下平板单向拉伸和双向拉伸的弹塑性变形过程,证明了参量轴向长度对迭代补偿机制具有收敛性。对于宽板V形自由弯曲工艺,通过理论和实验验证了弯曲曲率和弯曲角的收敛性。进而,将迭代补偿机制应用于宽板自由弯曲工艺的回弹控制,对曲率和弯曲角分别进行了迭代补偿实验,结果表明,根据每次试验的回弹量,迭代补偿机制可以预测下一次补偿值,使弯曲工艺经过2～3次迭代,就获得了误差小于0.1%的目标曲率和误差小于0.5%的目标弯曲角,收敛速度很快。而且,对于同一材料的同一成形工艺,每次的补偿量只取决于回弹前后的迭代参量差值。     

大型直缝焊管三辊连续复合矫形工艺的辊形设计及过程仿真

现有的矫直、矫圆工艺均是分工独立完成的.为了在一个工序中同时完成矫直和矫圆工艺和解决大型直缝焊管成形后椭圆度和直线度的超标问题,提出一种新型的大型直缝焊管三辊连续复合矫形工艺.并以矫后管材的椭圆度、直线度和残余应力最小为设计目标,对该工艺进行过程仿真.结果表明,采用"五段式"的辊形设计并且辊轴各段的设计比例为1∶2∶4∶2∶1有更好的矫圆和矫直效果.此外,管材的椭圆度、直线度以及残余应力均与弹区比有关.当弹区比较小时,管壁截面出现失稳现象.对于同种材料,弹区比越小,管材的变形程度和矫后的残余应力越大.当弹区比分别为0.6和0.8时,均能获得良好的成形效果.矫形段辊形曲线的设计为双曲线的形式,所得到的管材直线度可以达到0.12％,椭圆度可以达到0.06％,满足大型直缝焊管的工业要求.该工艺可实现大型直缝焊管直线度和椭圆度的协同调控,从而缩短生产工艺流程,提高矫形效率.     

矩形截面型材平面拉弯弹复解析和试验验证

在满足工程应用要求的平面拉弯基本假设下,构建矩形截面型材平面拉弯的力学模型。详细描述拉弯变形后型材横截面上应力应变分布的不同状态,基于双线性材料模型假设给出不同状态下应力应变的数学表达式,通过对截面应力的积分推导出应变中性层、截面弯矩与拉力和弯曲半径的关系,并给出不同应力应变分布状态的判定条件。确立矩形截面型材平面拉弯弹复问题的理论解析方法并给出拉弯弹复的规律,表述弹复后的残余半径与拉力和弯曲半径的关系。设计一种新型的拉弯试验模具并开展矩形截面型材拉弯弹复的试验研究,利用有限元分析软件ABAQUS开展基于物理试验的有限元模拟分析,物理试验和有限元分析所获得的拉弯弹复规律与理论解析结果一致,数据吻合。该研究方法为其他截面型材拉弯弹复的研究提供理论参考,研究结果具有一定工程应用价值。     

大型管件扩径矫圆弹复分析

扩径矫圆工艺是大型直缝焊管生产过程中的重要工序之一,研究管件扩径矫圆弹复规律是合理确定扩径矫圆工艺参数的理论基础.将扩径矫圆过程按时序分为整圆、扩径、弹复三个阶段,根据其工艺特点认为整圆阶段为弹性纯弯曲过程,扩径阶段根据管壁所处的弹塑性应变状态又分为完全弹性变形、部分塑性变形和完全塑性变形三种情况,其分界点为弹性临界扩径率λ1和塑性临界扩径率λ2,借助扩径矫圆几何约束方程和弹复方程给出了不同扩径情况下弹复后管坯壁厚中心线任意一点曲率半径的表达式.通过扩径矫圆的物理模拟试验和大型直缝焊管的扩径矫圆试验,验证了理论解析结果的正确性,并从理论上揭示扩径矫圆的工艺原理和主要影响因素对弹复后形状参数的影响规律,具有重要的实际应用价值.     

铸锻联合成形工艺晶粒分布预测协同仿真技术

开发了一种铸锻联合成形工艺的协同仿真技术。采用ProCAST软件的CAFE模块进行铸造模拟,获得初始不均匀的铸态晶粒尺寸。编译了一组Fortran程序作为Deform-3D软件的功能模块,用以建立初始不均匀铸态晶粒尺寸的分布与Deform-3D锻造模型之间的耦合。通过对Deform-3D的二次开发,实现了锻造过程中微观组织演变的数值模拟。最终实现了对动态再结晶晶粒尺寸和动态再结晶体积分数的预测。采用开发的协同仿真技术对截齿齿体的铸锻联合成形工艺进行了数值模拟分析。模型分别采用了初始均匀的晶粒尺寸和由铸造模拟获得的初始不均匀的晶粒尺寸,获得了两种模型的动态再结晶晶粒尺寸和动态再结晶体积分数的分布。通过对比分析,证明了铸锻联合成形工艺晶粒分布预测协同仿真技术的可行性。     

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。     

铸锻联合成形工艺晶粒分布预测协同仿真技术

开发了一种铸锻联合成形工艺的协同仿真技术.采用ProCAST软件的CAFE模块进行铸造模拟,获得初始不均匀的铸态晶粒尺寸.编译了一组Fortran程序作为Deform-3D软件的功能模块,用以建立初始不均匀铸态晶粒尺寸的分布与Deform-3D锻造模型之间的耦合.通过对Deform-3D的二次开发,实现了锻造过程中微观组织演变的数值模拟.最终实现了对动态再结晶晶粒尺寸和动态再结晶体积分数的预测.采用开发的协同仿真技术对截齿齿体的铸锻联合成形工艺进行了数值模拟分析.模型分别采用了初始均匀的晶粒尺寸和由铸造模拟获得的初始不均匀的晶粒尺寸,获得了两种模型的动态再结晶晶粒尺寸和动态再结晶体积分数的分布.通过对比分析,证明了铸锻联合成形工艺晶粒分布预测协同仿真技术的可行性.     

大型管件模压式管端过弯矫圆的控制策略(英文)

管端矫圆是保证大型管件产品质量的重要工序之一。管端矫圆是一个局部弹塑性变形过程,由于刚端的影响而导致难以对其弹复过程进行定量解析。采用物理模拟实验方法,研究管端扁矫圆与管端圆压扁之间的等价关系,以及管端圆压扁与整管圆压扁之间的相似关系。结果表明:管端扁矫圆和管端圆压扁的压下量相等;管端圆压扁和整管圆压扁卸载后椭圆度与相对压下量均为线性关系,且两条之间的横轴截距相等。基于上述关系,建立了管端矫圆两步法控制策略。验证实验表明,该控制策略可以将残余椭圆度控制在0.5%以内。