铝合金夹层结构超塑成形过程的有限元模拟

应用有限元软件Marc对5083铝合金空心夹层结构的超塑成形过程进行了数值模拟.通过模拟预测了成形件的壁厚分布情况,并获得优化的压力-时间曲线,为后续试验的成形气压控制提供了参考依据.     

预测钛合金超塑成形－扩散连接(SPF/DB)界面层的断裂韧度

提出根据超塑成形－扩散连接(SPF/DB)的工艺技术参数预测扩散连接界面层断裂韧度的计算方法,并对TC4/TA2连接件,开发了相应的界面层断裂韧度的分析和预测软件系统。该计算方法首先在理论分析和试验的基础上,建立扩散连接界面层成长模型,获得扩散连接件界面层厚度的计算公式,确定材料过渡参数m的计算方法;其次对已有的混合型外载的界面断裂准则进行修正,使其适用于扩散连接件界面层断裂时能量释放率曲线的函数模型。计算结果与试验结果吻合良好。分析结果表明：在允许工艺参数范围内,扩散连接件界面断裂韧度随成形温度、成形压力和保压时间的提高而提高。其中,成形压力影响最大,然后依次为保压时间和成形温度。为了提高扩散连接界面层的断裂韧度,必须通过界面层设计来提高其界面裂尖断裂混合度,而上述各工艺技术参数,正与其裂尖断裂混合度的大小密切相关。     

基于钛合金舵面的超塑成形/扩散连接工艺

应用于某飞行器的舵面外形是由多个平面拼接而成、封闭的整体结构,内部为辐射网格式加强筋结构,具有表面质量要求高、对称性好、承载能力强等特点。鉴于零件外形及内部结构的特殊性,采用超塑成形(SPF)/扩散连接(DB)的组合工艺方式对TC4钛合金板进行成形试验研究,对成形后的舵面进行分析,获得了用TC4钛合金四层板成形飞行器舵面的最佳工艺参数。成形出的舵面扩散连接部位的焊合率达到90%以上,空腔处没有凹陷,舵面经过机加修剪边线与模型基本一致。     

Ti/CFRP/Ti夹层结构高速冲击数值模拟研究

以新型的Ti/CFRP/Ti(钛合金/碳纤维复合材料/钛合金)夹层结构材料为研究对象,基于Hashin准则和Johnson-Cook材料模型,采用有限元计算方法,建立了Ti/CFRP/Ti夹层结构的高速冲击损伤模型,讨论了冲击速度、芯层复合材料的铺层、前置钛板与后置钛板的厚度配置等因素对冲击响应的影响。结果表明:靶板吸能值随弹速增加而增大直至趋于稳定,结构的损伤与芯层复合材料铺层相关性较小,此外在面密度不变的前提下增加前置钛板的厚度降低后置钛板的厚度可以提高Ti/CFRP/Ti夹层结构吸能效果。     

半滑动式液压胀形汽车桥壳的数值模拟及成形实验

对在不同加载路径下半滑动式液压胀形工艺中的管坯预胀形及终胀形过程进行了数值模拟,分析了不同加载路径下的管坯成形情况及其周向、轴向的壁厚分布,得到了预胀形管坯壁厚分布较好的加载路径以及终胀形时可确保成形合格样件的加载路径,并在普通液压机上进行了实验验证。     

基于扩散偶浓度分布模型的薄壁铜(管头)-铝(管路)-铜(接头)组合制冷管路异质金属联接技术工程研究

在中国国家自然科学基金项目《金属间化合物/陶瓷复合材料界面设计及关键制备工艺》资助下,以大幅降低制冷器铜管使用为目的,提出铜(管头) 铝(管路) 铜(管头)组合制冷管路结构,核心科学问题是Cu Al异质金属的密封焊接,提出总结性科学研究报告。 以表征异种金属材料焊接扩散规律为目的,探索基于菲克扩散定理的插入式Cu Al热连接模型。认为原子向空穴迁移或在节点间的迁移是固态金属和合金中的基本扩散运动,在溶剂晶格中溶质原子异扩散(AD)具有方向性,导致溶质原子浓度有局部变化。金属在加热或冷却过程中的相变和组织变化总是与扩散过程(DP)密切相关。固态压焊(SSPW)时,DP是确定再结晶(Recrystallization)和激活面(Surface Activation)之间结合后使焊接接头性能改善的主要过程。建立起扩散过程中溶质原子分布的一维扩散模型,由菲克第一定律建立扩散通量与扩散物质浓度和单向扩散距离的关系模型,由菲克第二定律获得扩散物单向扩散浓度模型,通过玻耳兹曼变换(Boltzmann Transform)求解任何时刻的一维浓度分布c(y,t),建立基于高斯误差函数(GEF)erf(β)的扩散偶浓度分布模型(CDM)和扩散偶浓度分布曲线(CDC)。基于CDM,建立CDC、扩散系数、原始接触面(OCS) 浓度、理论均匀化判别等工程应用层面的Cu Al焊接扩散模型。     

基于MSC.Nastran的钛合金SPF/DB结构优化设计

通过MSC.Nastran软件分析采用SPF/DB工艺制造的典型加筋板结构的稳定性,应用自行开发的优化设计方法对结构参数进行优化求解。软件在VB、VC混合环境下开发,系统界面十分友好,设置有可选的SPF/DB加筋板结构形式数据库,不仅可对钛合金SPF/DB加筋板结构进行快速优化设计,且可非常方便地考虑和分析工艺条件约束对设计结果的影响。软件系统已成功地应用于某型号飞机的结构设计,多个算例及试验证明了软件系统运行的可靠性和有效性,且具有良好的鲁棒性。     

硬质合金刀具高速切削Ti6Al4V合金时扩散磨损的数值模拟

应用通用商业有限元软件Deform-2D,对航空用钛合金Ti6Al4V进行了不同冷却润滑条件下的正交切削有限元模拟。在参考已有刀具扩散磨损率模型的基础上,利用有限元模拟出的刀具/工件接触区的切削温度与相对滑动速度等基本变量,对高速切削钛合金Ti6Al4V时的WC-Co类硬质合金刀具前刀面的扩散磨损率进行了预测,进而分析了切削介质的冷却与润滑作用对刀具扩散磨损率的影响。研究结果表明:切削介质的润滑作用对刀具前刀面的扩散磨损率具有较大影响,而切削介质的冷却作用则对刀具前刀面扩散磨损率无显著影响。     

基于连续介质损伤力学的7075铝合金高温成形极限理论预测与数值仿真

开展7075铝合金高温单向拉伸试验和成形极限试验,获得了不同温度和应变率的应力-应变曲线和成形极限曲线。结果表明,在较高的温度和应变率时7075铝合金的强度减小、成形性提高。为描述7075铝合金高温损伤演化过程,提出一种改进的连续介质损伤模型,并建立了耦合损伤的多轴统一黏塑性本构模型。基于试验结果,运用NSGAII遗传算法标定了模型中的参数,标定后的本构模型可以很好地预测7075铝合金的高温热力行为和极限应变。通过有限元软件Abaqus的用户材料子程序VUMAT,该本构模型被编入到Abaqus软件中进行数值仿真计算。结果表明,仿真获得的成形极限曲线和应变场分布与试验和理论结果吻合度好,进一步证明了所建立的耦合损伤的多轴本构模型的正确性及其在高温成形极限有限元仿真中的适用性。     

基于CFD技术的管道过滤器内部流场模拟及其结构优化设计

采用计算流体动力学(简称CFD)方法对XYZ-100稀油站所使用的2FXG-32型过滤器内流场进行模拟分析,并根据模拟结果对过滤器结构进行优化。结果表明,经过结构优化后的过滤器减小了漩涡、死水区等水流状况,减少了能量损失;增大了有效过滤面积,提高了过滤效率;优化后过滤器结构紧凑,降低了生产和制造成本。     

一种新型Al-Zn-Mg-Cu合金杯形件摆辗成形数值模拟及实验研究

为了研究摆辗成形工艺对一种新型Al-Zn-Mg-Cu合金杯形件力学性能的影响,对初始高径比分别为0.4、0.8和1.2的坯料摆辗成形进行数值模拟和实验研究。通过有限元法模拟摆辗成形过程中坯料的金属流动、等效应变分布和温度分布,并在此基础上进行摆辗成形实验,分别测试杯形件底盘弦向和径向的强度。有限元研究发现,与摆头接触的变形区域网格畸变量大,并且变形过程热效应明显。研究结果表明,当坯料高径比为0.8时,杯形件的底盘弦向强度可达到507MPa,比母材提高了64.4%;摆辗成形可以提高该新型Al-Zn-Mg-Cu合金杯形件的底盘强度,同时初始坯料的高径比对杯形件底盘的强度分布影响较大。     

基于计算流体力学数值模拟的板式换热器传热与流动分析及波纹参数优化

基于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法对板式换热器整板和局部计算域进行数值模拟。建立1 000mm数量级冷热双流道的人字形板式换热器整板片的流动及换热计算模型,利用FLUENT软件对集中供暖系统中的水-水换热工况进行模拟研究,分析冷热流体在换热器中的流动形态以及换热情况;与此同时建立200 mm×200 mm冷热双流道的局部计算域模型,对不同波纹倾角β,波纹截距λ的板片单元进行模拟分析,根据波纹参数对板式换热器的流动及换热情况的影响优化波纹参数。结果表明,整板LPM77板片流道中流体分布十分不均,且人字形尖点和流道边缘处流速较低,湍流程度较小,换热效果较差;随着波纹倾角β增大,板片换热能力先增后减,极值点在β等于60°左右,流体的压降同样先增后减,然而压降的最大值点出现在60°之后。综合考虑换热情况以及流动压降,一般工况下波纹倾角β选择在60°左右较为适宜;随波纹截距λ增大,流体的换热性能以及流动压降均呈现降低趋势,波纹截距λ对压降的影响程度大于波纹倾角β对其的影响。     

铝合金双面双弧同步立焊工艺特征与接头组织性能分析

采用双面双弧同步立焊工艺方法,对8 mm厚5083铝合金进行自熔试验,I形坡口一次熔透,焊缝成形美观。通过调节两侧电弧热量配比研究熔池成形规律,并从焊接接头的微观组织、力学性能分析其连接机理。研究结果表明,随着热输入的增加,双面双弧同步立焊热量加速集聚,熔深以三次幂函数的速度增大。双面双弧同步立焊接头轮廓呈“双曲线形”,而相同热输入下的单面焊接头则呈“倒马鞍形”。总热输入一定的情况下,双面双弧接头正面熔宽随能量配比系数的增大而增大,反面熔宽随能量配比系数的增大而减小,中间熔宽基本不变,熔化面积随能量配比系数的增大先增大后减小;能量配比系数一定时,随着焊速的增大,接头熔宽和熔化面积均减小。母材组织为条带状纤维织构,热影响区发生静态回复与再结晶,变形组织消失,产生新晶粒,焊缝区主要由α-Al固溶体、β相(Al8Mg5)质点和骨骼状的Mg2Si析出相组成。焊缝的抗拉强度随着能量配比系数的增大而减小,拉伸断裂形式为韧性断裂。热影响区出现软化现象,双弧交汇区硬度低于正面焊缝区。     

基于MATLAB/SIMULINK的柴油转子发动机性能模拟研究

在理论分析的基础上选择了数学模型,基于MATLAB/SLMULINK建立了仿真模型.并利用DZ270双缸柴油转子发动机的实验数据进行校准,通过仿真计算比较,三种工况下缸内压力的预测值和试验值的平均误差均在2%以内,满足工程应用要求;本模型易用于其它机型的仿真.