一种基于多步回溯算法的铣削稳定性预测方法

在加工过程中,由于薄壁件的弱刚性易发生加工颤振,从而对工件表面质量和刀具寿命等造成不良的影响,对铣削过程的稳定性进行预测是至关重要的.通过提出一种多步回溯算法来预测铣削过程的稳定性,将铣削过程离散化成时滞周期方程,在每个时间间隔上采用多步回溯的方法来近似时间周期及时滞项.通过构建状态转移矩阵,根据Floquet理论获得...     

多点成形中压痕的数值模拟及极限成形力的分析

压痕是多点成形中特有的成形缺陷之一,对压痕形成过程进行模拟时,采用实体单元比壳单元计算更准确.但是板料较薄时,采用实体单元划分的有限元很多,计算时间极长.为获得最佳的计算效率及模拟结果,对不同材料和不同厚度的球面和马鞍面样件进行了对比的数值模拟.结果表明,当板厚与板宽的比值小于0.015时,采用壳单元模拟压痕也能得到比较准确的结果,而当比值大于0.015时,则应采用实体单元.在此基础上,对不同板厚、不同曲率半径下的马鞍面和球面件出现压痕时的极限成形力进行分析,得到了厚向压应变为1%和5%的压痕对应的成形力极限图.     

基于波长移相的改进加权多步算法

在斐索干涉仪中测量光学平板受到多面反射光束的影响,而波长移相干涉技术是通过光源波长的改变来实现干涉信号的移相,原理上可以实现各个干涉信号的分离,在算法上要求能对多次谐波进行较好的抑制,加权多步移相算法可以实现这样的目的.笔者提出了加权多步移相算法的改进算法,可以提高算法对误差的抑制能力,最后用实验验证了改进算法的有效性.     

基于多步迭代方法的快速总变分图像复原

针对目前总变分图像复原算法收敛速度较慢的问题,本文提出了一类基于多步迭代的快速总变分图像复原算法.提出了两种多步总变分图像复原算法:多步迭代收缩阈值算法和多步迭代加权收缩算法,并针对多步算法每次迭代需要额外估计权参数的不足,给出了一种固定权参数的多步总变分复原算法.同传统的单步总变分复原算法相比,提出算法在每次迭代过程中无需额外增加计算量,且需要很少的迭代就能达到收敛.实验结果表明:对复原不同因素引起的退化图像,文中提出算法的收敛性能远高于传统的单步迭代复原算法,从而我们提出的算法是有效的.     

多点复合渐进成形与单点渐进成形的对比分析

为提高金属板材渐进成形的成形质量、成形精度、成形效率和成形极限,了解不同渐进成形工艺对制件成形性能的影响,本文以典型方锥台制件为研究对象,利用有限元软件MSC.Marc对2种渐进成形工艺进行了三维建模,对比分析了单点渐进成形和多点复合渐进成形对制件等效塑性应变、厚度分布和成形精度的影响.数值模拟结果表明:单点渐进成形的等效塑性应变和厚度减薄主要集中在制件相邻侧壁间的拐角处,而多点复合渐进成形的等效塑性应变和厚度减薄均匀地分布在制件成形区;相同成形工艺参数下,相比单点渐进成形,多点复合渐进成形更有利于制件的成形效率、成形质量、成形精度和成形极限的提高,更有利于抑制破裂等失稳现象的产生.2种渐进成形工艺的成形试验表明,数值模拟结果与试验相符.     

多点成形时工艺方式与工件压痕的关系研究

多点成形是一种先进的制造技术,但其成形特点与传统的冲压成形方式相比具有很大差别.本文采用有限元数值模拟手段针对多点成形过程中产生的压痕现象以及消除压痕的措施进行探讨,主要是对比多点模具成形和多点压机成形两种不同工艺,分析不同成形工艺条件下对压痕的影响.本文用显式动力学软件对1mm与3mm厚度的马鞍型曲面件进行数值模拟,结果表明,在相同条件下,用多点模具工艺成形的板材比用多点压机工艺成形的板材压痕深度大3-15倍,而且在成形过程中出现压痕的时间早.多点压机成形方式比多点模具成形方式具有成形效果好,缺陷少(可以减小或消除压痕和起皱等缺陷),并且有利于板材的流动,能够得到更大的变形量.     

U形槽板多工步折弯方法及回弹预测

分析对比了大型U形槽板的2种折弯成形方式,取U形槽板的小件进行多工步折弯回弹的有限元模拟并进行了相应的物理实验,得出了回弹角度预测值,提出在多工步折弯回弹有限元模拟中要注意的问题,为大型U形槽板的折弯成形生产提供了参考。     

多拐曲轴镦挤成形过程轴向流动模拟分析与试验验证

目的 解决多拐曲轴镦挤复合成形过程中,轴向流动导致尺寸精度低的问题。方法 从坯料加热、成形过程、成形后冷却等全流程模拟出发,以建立镦挤成形装置运动学、成形过程热力学、曲轴材料本构模型、几何模型等为基础,建立有限元模型,分析产生轴向偏差的原因。结果 有限元模拟分析表明,坯料体积、飞边厚度是镦挤成形过程产生轴向流动的关键性因素,可以通过优化台阶轴毛坯几何形状,控制轴向异常流动。结论 试验表明,多拐曲轴的轴向流动得到有效控制,单拐轴向长度偏差控制在±1 mm,成品率提高至90%以上。     

基于分数步长法的压铸充型过程数值模拟

为了模拟型腔内流体的流动形态并预测气孔缺陷,应用充型过程数值模拟方法,采用分数步长法来求解非稳态的Navier-Stokes方程,可以在每个时间步长内仅求解一次动量和压力方程.动量方程求解中采用Adams-Bashforth方法处理对流项,采用Crank-Nicolson方法处理扩散项.搭建了压铸过程水模拟系统,设计了型腔尺寸沿充填方向逐渐递减的有机玻璃模具.通过彩色高速摄像机以500帧/秒的速度记录充填形貌.将数值模拟结果和水模拟结果相比较,两者吻合较好.同时采用SOLA-VOF法模拟了同一充型过程,结果表明,分数步长法和VOF法相结合要比SOLA-VOF法更能准确地预测压铸过程中的卷气现象.     

气瓶多道次热旋压收口成形工艺的数值模拟研究

本文基于MSC.Marc有限元软件,对首道次从夹具端起旋,随后道次起旋点沿管轴向逐渐远离夹具端的旋压收口工艺路线进行了数值模拟研究。数值分析表明,所建立的旋压模型符合旋压收口工艺的金属塑性变形规律。旋压温度在1,200℃,管口出现局部变形失稳。壁厚在管端部增厚,在过渡圆角处减薄,且随着旋压温度的升高,管端的增厚和圆角的减薄都增大。最大等效应力应变分布在靠近收口管端的圆周外表面处,且随着旋压温度的增加都相应减小。     

基于不同强化模型的GTN损伤模型及其在板料回弹有限元分析中的应用

为了进一步提高板料成形中的回弹预测精度,分别建立了基于Ziegler 线性随动强化模型、Lemaitre-Chaboche 非线性随动强化以及非线性混合强化模型的Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)细观损伤本构模型,并给出有限元数值积分方法。通过用户自定义材料子程序VUMAT 将损伤模型嵌入到有限元软件ABAQUS 中,以NUMISHEET’93 板料U 型弯曲考题为例,应用显隐相结合的方法模拟分析了不同材料强化模型和损伤对板料回弹量的影响。结果表明:在相同GTN 损伤模型情况下,线性随动和非线性随动强化模型预测得到的板料回弹量较小,等向强化预测的板料回弹量偏大,非线性混合强化预测的板料回弹量介于它们之间。材料模型在考虑损伤因素后,预测的回弹严重程度比无损伤情况时略小,与实验值更相近。     

基于韧性准则的金属板料冲压成形断裂模拟

该文基于Rice-Tracey韧性失效准则,探索金属板料冲压成形的断裂数值模拟方法。首先设计两种试验,并结合有限元分析结果确定双相钢板料的材料失效参数;然后,基于Abaqus软件的显式模块Explicit,编写采用Rice-Tracey韧性失效准则的用户自定义材料子程序VUMAT;最后对双相钢薄板深拉成形过程中的断裂行为进行数值模拟,并进行了试验验证。结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合较好。可见,Rice-Tracey韧性准则可用于金属板料冲压成形的断裂预测。     

风时程模拟的高效高精度混合法

结合谐波叠加法(Weighted Amplitude Wave Superposition,WAWS)和自回归方法(Auto Regressive,AR)的优点,提出高效高精度新型混合法。在频域上开窗,将计算定义域划分为局部定义域。推导了应用于AR方法的Levison-Durbin矩阵递推公式,提出利用ACI准则判断最佳回归阶次。利用该混合法对大跨空间结构风速时程进行模拟。计算显示在保证计算精度下,该方法风速时程的模拟效率是谐波叠加法的数十倍;计算精度与自回归方法相比亦显著提高,且易于收敛。     

AN ANISOTROPIC STRESS RESULTANT CONSTITUTIVE LAW FOR SHEET METAL FORMING

Based on Hill's quadratic orthotropic yield function, a yield function in the stress resultant space is approximated in quadratic form for sheets with planar isotropy and normal anisotropy. An equivalent stress resultant is defined and the equivalent work-conjugate generalized plastic strain rate is then derived. A power-law hardening rule between the equivalent stress resultant and generalized plastic strain is obtained under proportional straining conditions. A hemispherical punch stretching operation and a plane-strain draw operation are simulated by finite element methods based on the stress resultant constitutive law. The results of these finite element simulations are in good agreement with those using the through-the-thickness integration method. The results also indicate that the computational time of the simulations based on the stress resultant constitutive law is much shorter than that based on the through-the-thickness integration method.     

基于动力显式算法的热成形数值模拟预测

考虑金属热处理相变动力学模型,建立了适用于高强度钢板热成形的热、力、相变多场耦合本构方程。基于大变形动力显式有限元算法及上述多场耦合本构方程,建立了热成形动力显式有限元方程。并将板料相变潜热释放引入到热成形温度场分析过程中。在自主开发的商业化金属成形CAE软件KMAS(King Mesh Analysis System)基础上开发了热成形动力显式分析模块,可用于预测热成形过程中零件的厚度变化、温度变化、微观组织各相的体积分数以及硬度分布。随后采用该模块对一款汽车B柱的热成形过程及最终力学性能进行数值模拟预测,并与试验结果进行对比,对比的一致性证明了所建立的多场耦合本构方程及KMAS热成形动力显式分析模块的正确性。     

薄板剪应力起皱研究

以Hill关于弹塑性失稳理论为基础,建立了剪应力起皱失稳的速度场分布,给出了临界起皱剪应力理论计算结果,分析了板料屈服强度、硬化指数、板厚方向性指数及板料厚度对临界剪应力的影响,并与实验和数值模拟结果进行了对比。研究表明:薄板在剪应力作用下可以产生起皱,临界剪应力理论计算、实验及数值模拟结果基本相符,临界剪应力随屈服强度σ_s减小、硬化指数n值的增大、板厚方向性指数r值的增大、板料厚度t的增大而增大。     

薄板成形极限图(FLD)的多项式拟合分析

基于多项式拟合的基本原理以及相关性与方差的综合分析，探讨了成形极限散点与高次多项式之间的相关特性以及表面工程主应变极值点FLD0与拟合曲线的关系。在所得的拟合曲线基础上配合数理统计与概率理论分析，拟合曲线的上下置信函数可以成为描绘成形极限曲线(FLC)的重要依据，也可以为FLD0值的区间估计提供可靠科学的置信分析。     

摩擦因数对板料冲压成型影响规律的仿真计算分析

用板成型计算机模拟软件DYNAFORM对钢板的主要变形方式,包括拉深、胀形和翻边等进行了仿真计算,分析了模具与板料之间的摩擦和润滑状态对变形危险部位安全裕度和厚度减薄率等数据的影响。结果表明,摩擦因数在不同变形方式下的作用效果差异明显,通过改变摩擦状态来改善材料的极限变形能力时应与零件的变形方式相结合。     

基于统一强度理论的大型浅圆筒仓侧压力计算

为合理计算大型浅仓贮料的侧压力,该文基于统一强度理论,采用静力平衡分析法,综合考虑了中间主应力、仓壁与贮料间的摩擦力以及由于锥堆产生的超压等影响,推导出大型浅仓侧压力计算公式,并与试验实测、Rankine公式和Coulomb公式进行了对比验证,探讨了统一强度理论参数、内摩擦角和贮料与仓壁间摩擦系数等影响特性。结果表明：该文计算值与试验实测值吻合较好,且计算简练;锥堆时Coulomb公式结果偏大,Rankine公式结果偏小,平堆时Coulomb公式和Rankine公式的结果均偏保守;统一强度理论参数、内摩擦角对侧压力的影响显著,贮料与仓壁间摩擦系数的影响较小。     

基于Copula理论的序列型地震动随机模型

通过考虑序列型地震动中主震和余震间的空间相关性,将已有地震动物理随机模型推广至序列型地震动随机模型。依据序列型地震动的产生与传播机制,将其表示为包含16个随机变量的Fourier模型。考虑主震与余震的空间相关性,基于Copula理论,将模型更准确地表示为6个二维随机变量和2个一维随机变量;为描述地震动在局部场地上传播的过程,建立了序列型地震动的随机场模型;根据1038组实测序列型地震动及5组地震动台阵数据,对模型中的物理随机变量进行参数识别和统计分析,结合Copula函数,给出了各参数的概率分布。与实测地震动对比表明:该文提出的序列型地震动随机模型,能够较为真实地再现序列型地震动的空间相关性以及地震动在局部场地的行波效应。