复杂腔体直壁扇形筋板精密挤压成形缺陷控制

通过对6063铝合金复杂腔体零件中高厚比大于20的高筋板精密挤压成形过程进行模拟分析,发现直壁扇形筋板材料的应变速率远大于周边材料的应变速率,形成了面内拉应力和角部应力的耦合.模拟结果显示,筋板两侧开裂严重.在斜面与直立面交棱处设置反向圆角连接,增大了材料流动阻力和凸模侧棱圆角半径,改善了材料流动不均衡的问题.模拟和实...     

LF炉炉盖升降立柱有限元分析

某钢厂LF炉升降立柱的底部局部钢板发生开裂。为此,通过ANSYS Workbench Static Structural模块对LF炉炉盖升降立柱的应力状态进行了模拟分析。分析可知,立柱底部开裂部位应力集中现象显著。提出了LF炉升降立柱结构优化方案:将原有的两道筋板增加为四道筋板,在筋板和立柱滚轮滑动面的连接部位增加工艺圆角。优化后的立柱底部应力集中明显降低实践证明该方案在实际生产中应用效果良好。     

平板横向加筋结构应力集中及刚度的计算研究

该文利用有限元技术和正交计算法，优化计算了平板横向加筋结构的筋板数量、筋板厚度，筋板高度，焊脚尺寸及焊缝开头对应力集中和刚度的影响。在一定的筋板结构情况下，减小筋板厚度，筋板高度以及焊脚尺寸，有利于提高抗拉刚度，降低应力集中系数，但降低抗弯刚度。     

多向模锻液压机水平机架半圆梁应力集中的研究

本文用云纹方法首次对大型模锻液压机的水平机架半圆梁圆角区的应力集中进行了实验研究,测出三种圆角过渡曲线的应力分布。找出了径向最大应力截面及应力集中区的主应力方向。并对圆角边缘应力用计算机进行了外推计算,为选择合理方案提供了依据。实验结果证明,应力集中不仅与圆角过渡曲线的形状有关,而且还与圆角过渡区的配合有关。通过典型应力集中试件的拉伸实验,校核了云纹方法测量应力集中的精度,证明云纹方法测量锻压机械的应力集中完全满足工程设计要求。本文对于重型锻压设备的设计及制造,具有一定的参考价值。     

重型轧机联轴器圆角应力集中引流拓扑优化

圆角应力集中是重型装备频繁开裂的一个重要原因。基于应力引流思想,以轧机联轴器为对象,通过拓扑优化技术解决其圆角应力集中问题。建立了联轴器的三维有限元模型,并对其进行了应力分析,表明应力最大部位集中在槽口根部的3个圆角交汇处。对此,根据应力引流思想,将滑块安装槽圆角及内圆柱面定义为优化设计区域,其他部分为非设计区域,以柔度最小作为优化目标,以圆角应力点的最大应力作为约束条件,对叉头圆角进行拓扑优化,得到一个近似槽状的拓扑结构。根据拓扑优化的结果对圆角进行了重新设计以及对比分析。结果表明:优化后圆角交汇处最大应力减少了约100 MPa,降幅达20%,说明应力引流对于改善圆角应力集中效果明显。     

基于高度可调拉深筋的汽车横梁拉深成形

通过有限元仿真试验,证明了对拉深筋的形状参数进行调节难以同时消除零件成形时因破裂和塑性变形不足导致的缺陷:通过应用一种高度随行程而逐渐增大的新型拉深筋,建立了适用于该高度可调拉深筋的拉深成形仿真模型与分析参数。对2种类型的拉深筋进行拉深成形仿真试验,研究了新型拉深筋对模具零件型面上的材料流动阻力的影响规律以及对零件侧壁圆角的应力状态的影响,通过试验验证了应用新型拉深筋后有效增大了法兰面上材料的塑性变形程度,降低了零件侧壁圆角区域的应力集中。     

钛合金筋板件等温局部加载模具应力分析

等温局部加载成形技术为航空航天复杂筋板类大型整体构件的成形提供了一种新的途径,但由于构件尺寸大,其成形温度高、时间长、载荷大等工艺特点,对模具提出了更高的要求。文章针对TA15钛合金典型环形高筋薄腹特征结构件等温局部加载成形,分析了等温局部加载模具的结构特点和可能的失效形式,并在此基础上采用DEFORM 3D有限元软件,对成形时模具应力进行了研究,获得了模具载荷和应力分布规律,并进一步分析了模具凹圆角半径和锻件筋条宽度对模具应力的影响。结果表明,等温局部加载成形模具的失效形式,主要为应力集中引起的脆性断裂;加载分区边界附近模具应力较小,离分区边界越远模具应力越大,且应力峰值出现在宽度较小的环形筋型腔凹角处;模具型腔各部分材料填充能力的不一致,是导致模具应力不均匀、局部出现应力集中的主要原因;增大模具凹圆角半径,模具应力降低程度较小,而通过合理的锻件几何尺寸设计,可以改善模具型腔的充填性,能更有效地降低模具应力的不均匀性和应力峰值。文章的研究结果可为等温局部加载成形模具的设计提供参考。     

拉深筋对板料回弹影响的试验研究

分析了拉深筋对回弹的影响机理,试验研究了板料经过半圆形拉深筋后的回弹情况。结合极差分析法,研究了半圆形拉深筋主要几何参数对回弹的影响。研究表明,板料经过拉深筋后板内的残留应力是影响回弹的关键因素;拉深筋几何参数对板料的回弹具有决定性作用,拉深筋圆角半径对板料过拉深筋后的回弹有较大的影响。     

一种汽轮机类大型铸钢件开裂问题的分析改进

针对一种汽轮机类大型铸钢件排气孔筋板与中法兰结合面圆角容易开裂的问题,通过对应力、组织、性能及尺寸结构等方面的分析,找出了问题的主要原因,采取加大排气孔筋板与中法兰结合面处圆角并在其两侧增加小拉筋的措施,有效地解决了开裂的问题,提高了铸件质量,同时降低了成本。     

基于数值模拟的叶片模锻模具应力分析

采用有限元数值技术结合叶片实际模锻成形过程,分析了锻模应力、温度分布及模锻过程中出现的锻件缺陷、应力集中等问题。结果表明:叶片锻件主要缺陷为折叠,出现在叶根与叶冠过渡圆角处;最大等效应力及应力集中出现在叶根底部圆角处,应力分布随着距该位置距离的增加而减小;较大的过渡圆角半径有利于消除或减少折叠缺陷,同时缓解模具应力集中;叶根底部圆角半径由5 mm增大到12 mm,能阻止裂纹的产生,延长锻模寿命;有限元模拟结果和实际结果较为吻合。     

铝合金圆管拉伸外翻成形过程模拟研究

拉伸外翻可以克服轴压失稳、翻管件尺寸精度不理想等问题.本文采用Deform-2D商业软件对铝合金圆管拉伸外翻成形过程进行数值模拟,观察了成形过程中材料流动情况和等效应力的分布,分析了管坯相对厚度和凸模圆角半径对翻管工艺力的影响.结果表明:翻卷过程中金属材料以较大的速率从内孔内壁流向凸模圆角处,并在凸模圆角入口处速度达到最大值;外筒外壁处材料处于等效拉应力状态,而内孔内壁处材料等效应力基本为零;对于几何尺寸规格一定的管坯,存在一个最佳拉伸外翻凸模圆角半径,当设计的凸模圆角半径等于该最佳值时,翻管工艺力最小.     

Φ10mm NiTiNb形状记忆合金管接头数值模拟分析

采用数值模拟方法,研究了不同壁厚和内筋高度的NiTiNb形状记忆合金管接头径向应力与拉脱力随温度变化的定量关系。建立了能描述NiTiNb形状记忆合金管接头力学行为的本构方程,对径向应力与拉脱力进行了模拟计算,得到了NiTiNb形状记忆合金管接头在恒约束应变恢复过程中径向应力随温度的变化规律。采用数值模拟法分析了不同壁厚和内筋高度的管接头对径向应力的影响,掌握了拉脱力的变化规律,确定出NiTiNb形状记忆合金管接头最佳的壁厚和内筋高度。     

外板圆角区域拉深破裂及影响因素研究

汽车覆盖件整体侧围外板由于型面复杂,拉深成形中极易产生起皱、拉薄和拉裂等缺陷.针对某车型右侧围外板现场生产中一圆角区域间断产生拉裂的问题,通过网格应变分析技术,分析了圆角区域各部位的变形特征及材料产生拉薄、拉裂的原因.基于有限元仿真平台,建立了与该区域具有相似变形特征的分析模型,系统研究了板料尺寸和拉深筋阻力对拉深破裂极限的影响规律,并分析了两种修模方案的效果.最后,通过现场生产,验证了分析结果的准确性和修模方案的有效性.     

T型焊接管节点应力集中系数数值分析

针对目前T型焊接管节点应力集中系数(stress concentration factor,SCF)计算方法的不足,提出一种新的SCF数值计算方法.借助于有限元软件ANSYS中子模型技术,同时采用实体单元和壳单元模拟管节点;根据规范建立焊接接头模型,考虑焊址打磨对应力集中的缓和作用,建立打磨圆角模型以真实反应焊缝附近的应力分布;利用路径映射技术分析应力沿支管轴向的变化规律,采用路径分析方法确定名义应力和热点应力,从而求得SCF.最后采用该方法对15个T型焊接管节点在轴向载荷、面内弯矩和面外弯矩作用下的SCF进行分析,研究了3种基本载荷作用下几何参数对SCF大小与沿焊址分布的影响规律.     

基于数值模拟的拉延筋约束阻力计算方法研究

在汽车覆盖件拉深成形中,拉延筋可以在较大范围内调节和控制板料的变形程度和变形分布,抑制多种成形质量问题的产生.其中,拉延筋几何参数起着重要的作用.本文以矩形拉延筋为例,建立了拉延筋约束阻力计算有限元模型,对拉延筋几何参数与约束阻力之间的关系进行分析研究.结果表明:拉延筋约束阻力与凹槽圆角半径和凸筋圆角半径成反比,与筋高成正比.结合某轿车B柱加强板实例,通过优化其拉延筋结构参数,得到当1号等效拉延筋高8mm、凸筋和凹槽圆弧半径3mm;2号等效拉延筋高4 mm、凸筋和凹槽圆弧半径6mm时,该制件成形质量达到最佳.     

含裂纹非均质焊接接头的残余应力分布

应用热弹塑性有限元的方法,研究了含裂纹非均质焊接接头的残余应力分布及板内塑性区特征。结果表明,对于焊前开裂纹接头,残余应力使板内裂尖附近产生明显的应力集中,残余应力的峰值高于焊接材料的屈服强度。此外,当裂纹尺寸大于焊缝宽度后,强度组配对应力集中的影响将逐渐减弱。     

板料流经拉深筋厚度减薄的研究

采用平面应变假设、正交各向异性幂强化材料模型,推导了板料流经拉深筋过程中应力、应变的分布规律。针对试验过程中观察到的由于板料与拉深筋之间会发生分离,从而造成实际弯曲半径增大的现象,提出了有效弯曲半径的修正方法。建立了板料流经拉深筋时厚度减薄的解析模型,并与试验结果进行对比,验证了模型的正确性。基于此模型,研究了拉深筋参数对板厚减薄的影响,结果表明,拉深筋参数对板厚减薄影响较大。减薄随拉深筋高度增加而增大,二者近似呈线性关系,随拉深筋圆角半径的增大而减小。     

304L碟形封头冲压回弹研究

利用有限元软件Marc模拟碟形封头的成形过程,提取回弹后各节点的位移,通过UG软件拟合曲线得到封头的回弹量,并与弧高仪测出的封头回弹量对比,证明使用Marc软件模拟封头回弹的可行性.结合正交试验研究了矩形拉深筋各主要几何参数对封头回弹的影响,分析了拉深筋对封头回弹的影响机理,研究结果表明,板料经过拉深筋后产生的加工硬化和残余应力是产生回弹的主要原因,拉深筋的各几何参数对封头的回弹具有决定性作用,其中拉深筋筋高h、拉深筋内圆角R2和凹槽外圆角r1对板料经过拉深筋后的回弹影响较大.     

某汽轮机叶片锻模有限元优化分析

针对某汽轮机叶片锻模出现根部裂纹失效等问题,采用有限元数值模拟技术分析了锻模应力场、温度场分布状态及锻模底部圆角对锻模应力分布的影响。结果表明:叶片锻模最大等效应力值为2 680 MPa,应力集中在叶根底部圆角处;叶根底部圆角半径由R5 mm增大到R12 mm,模具应力集中效应得到缓解,但锻模温度场有所增加;通过改进锻造工艺操作,使得坯料贴合大头端能够有效降低模具应力。     

热处理对涡轮叶片榫头表面残余应力的影响

采用X射线衍射仪分析了服役后的叶片在580℃热处理前、后榫头表面不同位置的残余应力变化情况。结果表明,叶片完成一个服役周期后,除应力最集中的喉部齿底圆角位置,榫头表面其余位置仍然保持了残余压应力状态;580℃退火热处理不会导致榫头表面残余压应力大幅下降,平均降幅小于100 MPa;退火热处理后,喉部齿底圆角应力集中位置表面残余应力由拉应力转变为压应力,是由于热处理过程中材料蠕变以及降温过程产生的热应力共同作用导致的,这一转变对提高叶片重新服役后的安全性具有积极意义。