汽车轮胎螺母挤镦复合成形过程温度场的有限元数值模拟

采用有限元分析软件DEFORM对轮胎螺母挤镦复合成形过程进行数值模拟,分析了工件及冲头的温度场.在工件成形过程中.冲头的温度不断变化,呈冷、热交替变化,而且温度分布不均匀.     

工艺参数对AZ31镁合金往复挤压过程的影响

运用刚黏塑性有限元法对不同工艺参数下的AZ31镁合金往复挤压过程进行了热力耦合数值模拟,研究了不同初始坯料温度、挤压速率和摩擦因数对往复挤压过程中等效应变、等效应力及温度场的影响。结果表明:在往复挤压过程中,挤压速率对等效应变峰值影响不大,随着挤压速率的增大,工件内温度峰值直线上升,温度分布不均匀程度增大,应力峰值先增加后减小;随着初始坯料温度升高,等效应力峰值呈直线趋势减小;摩擦因数对温度峰值的影响很小,随着摩擦因数的增大,等效应变峰值先增大然后趋于平稳,等效应力峰值增大,其增大幅度减小。     

柱形装药水下爆炸远场冲击波压力峰值分布

为定量研究柱形装药水下爆炸压力场,进行了数值模拟。采用无限水域下的二维计算方法与RDX柱形装药,仿真得到在药包径向,轴向之间相隔22.5°的5个方向上不同位置的冲击波压力峰值,据此定性分析了作用方位和长径比对远场压力峰值分布的影响。为避免对柱形装药冲击波直接量化分析,假设其压力峰值分布对于等量球形装药存在映射关系,进而得到映射系数,再结合球形装药经验公式得到了压力峰值近似分布式,并用TNT水下起爆数值模拟初步验证了假设和分布式。     

高速干切削温度场的测量及仿真研究

分析了切削热的产生、热的传导以及切削温度的测量方法.对目前切削温度实验测量技术及数值模拟仿真技术的优缺点进行了比较.采用平面应变热力耦合切削模型,重点研究在高速干切削过程中,工件已加工表面的温度变化过程.根据试验测定工件材料的力学性能以及刀具-工件之间的摩擦特性,建立材料在切削变形过程中热产生以及热传导模型,并采用点跟踪的方法获取工件材料上任意位置点温度的变化过程.并将模拟计算得到的切削温度与实验测量结果进行了比较,两者具有较好的一致性.     

等壁温下超临界CO_2于螺旋管内对流传热的数值模拟

在等壁温条件下,对超临界CO_2于螺旋管内的对流传热进行了数值模拟。得出并分析了超临界CO_2在螺旋管内对流换热过程中温度、流速和密度的分布情况,总结了螺旋管内超临界CO_2的局部对流传热系数沿轴向角的变化规律,讨论了壁面温度的改变对螺旋管内局部对流传热系数的影响。研究结果表明:离心力的影响在整个对流传热过程均存在,浮升力的影响在流体离开拟临界区之前不能忽略;当轴向角φ≤1035°时,bottom母线上的h最大,inner母线上的h最小且最先达到峰值;局部对流传热系数的峰值会随壁面温度的增大而减小。     

脉冲磁场作用于钢液熔体的电磁场数值模拟

为了解脉冲磁场的电磁力特性,利用ANSYS软件,脉冲电源波形采用梯形波,对脉冲磁场作用下钢液的电磁场进行了模拟,得到了电磁力周期变化规律,脉冲频率和脉冲波型对脉冲电磁力的影响规律.结果表明:脉冲磁场作用下,电磁力瞬时发生变向,往复振荡熔体;在研究的脉冲放电频率范围内,脉冲放电频率的改变对电磁场、力场的分布影响不大;对于采用的梯形脉冲波形,电磁力随着脉冲上升沿和下降沿宽度的减小而显著增大,而当脉冲宽度增大时,脉冲电磁力呈现减小的趋势.     

电磁力控制翼型体边界层流动的研究

在低Re数条件下,对流向电磁体积力影响翼型体表面边界层流动过程进行了数值模拟.在无量纲形式的不可压缩Navier-Stoke方程中考虑了可以控制电磁力大小和分布的电磁力源项,并把计算结果与实验测量结果进行了比较,发现两者符合较好.同时对不同电磁力大小和分布影响翼型表面边界层流动的规律进行了探讨,其结果表明,较大的电磁力和更加集中于翼型表面的电磁力分布可以很好地消除涡结构,抑制边界层分离进而达到提高升阻比的效果.     

气隙轴向静偏心对发电机定子-绕组受载及振动的影响

通过理论推导、有限元计算和实验验证,研究了气隙轴向静偏心前后同步发电机定子及绕组的受载与振动特性变化。与其他大部分气隙径向偏心的研究不同,本文重点关注气隙轴向静偏心下定子-绕组的受载及振动特性。在分析气隙磁密变化的基础上,推导得到了正常和气隙轴向静偏心下定子径向及轴向不平衡磁拉力、绕组电磁力的表达式。以CS-5型发电机为分析对象,进行了有限元仿真计算和实验验证。结果表明,气隙轴向静偏心会在减小定子径向磁拉力和转子抽空端定子绕组电磁力的同时增加定子轴向不平衡磁拉力和转子伸出端定子绕组电磁力,对应地,定子径向振动和转子抽空端定子绕组振动将减小,但定子轴向振动和转子伸出端定子绕组振动将增大;定子轴、径向磁拉力和绕组电磁力及振动均以二倍频为主,夹杂其他各偶次倍频。在定子磁拉力作用下,定子铁芯齿槽端部为最大变形位置;在定子齿槽变形挤压和电磁力共同作用下绕组直线段与端部的连接处易发生磨损,在制造及运行中需给予特别注意。     

新型线圈加载的管件电磁胀形电磁力及成形性分析

为了解决传统线圈管件电磁胀形轴向变形不均匀的问题,提出了新型线圈管件电磁胀形方法。首先在COMSOL软件中构造管件电磁胀形二维轴对称电磁-结构耦合模型,从轴向磁通密度、径向电磁力和变形轮廓三个方面,将新型线圈与传统线圈电磁胀形进行对比。结果显示,采用该线圈,可为管件提供凹形分布的径向电磁力,即在管件端部施加较大的径向电磁力,且中部的电磁力满足管件胀形需求,使得轴向变形均匀性提高了2.3倍。显然这种方法能够有效克服传统管件电磁胀形中存在的轴向变形不均匀问题,推动了电磁成形技术在工业的应用。     

放电时序对双向加载式管件电磁翻边的影响

目的 研究放电时序对翻边变形的影响规律,提高成形能力.方法 以双向加载式管件电磁翻边系统为研究对象,建立基于电路-磁场-固体力学耦合的仿真模型,针对放电时序的变化,详细分析驱动电流、电磁力和翻边变形受到的影响,揭示其作用机理.结果 与常用的同时放电相比,最佳的时序放电在保证脉冲时间一致性的同时,将径、轴向线圈电流峰值分别提高11.6％和降低12.4％,最终使径、轴向电磁力峰值分别提高18.8％和6.8％,翻边角度提升约30％,显著提升了系统的翻边能力.结论 控制放电系统开关时刻改变放电时序,可以使放电能量在线圈间发生转移,影响线圈中的驱动电流波形,从而提高电磁力大小并改善其径轴向分量的比例关系,显著增强电磁系统的成形能力.     

圆柱滚子电磁推进装置仿真与推进实验分析

在圆柱滚子双盘直槽研磨加工中，为提高滚子的加工效率，满足滚子连续进料的要求，设计了一种将电磁能转化为机械能的电磁推进装置，将它运用到圆柱滚子的研磨加工送料中。对圆柱滚子电磁推进装置的结构设计，通电状态下磁场的分布、磁场运动情况进行理论分析后，利用ANSYS Maxwell电磁场仿真软件对装置的二维模型进行仿真，查看磁场的分布及运动情况，并得出在不同电源激励条件下各滚子受力及整列滚子受力情况。仿真结果表明：装置通电后，内部会产生沿其轴线方向作周期性运动的行波磁场，并能够向滚子提供方向一定、大小可调的电磁推力，可以满足滚子研磨加工中连续推料的要求。随着电源电压和频率的增大，电磁推力也增大，推力调节方便。搭建了圆柱滚子电磁推力测量实验平台，对比了相同激励条件下仿真和实验所得电磁推力。实验结果表明：滚子受到的电磁推力随电源电压和频率的增加而增加，在相同的激励条件下，实验测得结果与仿真计算结果接近，验证了仿真结果的准确性。该装置可以实现滚子连续进料，具有较大的实际应用价值。     

利用高速振动降低零件回弹及蒙皮件制造——电磁成形技术的新应用

目的 为了解决传统大型蒙皮成形需要大型装备及零件回弹大的问题,提出带弹性垫的蒙皮件电磁渐进成形新方法.方法 通过电磁线圈放电,材料在磁压力和弹性垫的反弹力作用下出现高速振动,消除零件回弹.采用ANSYS和ABAQUS有限元分析软件分别进行电磁场和结构场模拟,分析有无弹性垫、线圈结构和放电位置对蒙皮成形质量的影响规律.结果 在无弹性垫的条件下对板料进行冲击,板料上的塑性应变几乎没有变化.如果采用螺旋方形线圈和带弹性垫的成形工艺,虽然板料上的塑性应变增加,但是线圈正对板料区域出现1.5 mm的鼓包.采用电磁屏蔽方法调整板料上的电磁力分布和材料流动,当线圈在6个位置多次放电后,板料回弹明显减低,并且零件表面光滑.结论 在模拟得到的最佳工艺参数下,建立了实验装置,实验结果与模拟一致.     

Algorithmic formulation and numerical implementation of coupled electromagnetic‐inelastic continuum models for electromagnetic metal forming

The purpose of this work is the algorithmic formulation and implementation of a recent coupled electromagnetic‐inelastic continuum field model (Continuum Mech. Thermodyn. 2005; 17 :1–16) for a class of engineering materials, which can be dynamically formed using strong magnetic fields. Although in general relevant, temperature effects are for the applications of interest here minimal and are neglected for simplicity. In this case, the coupling is due, on the one hand, to the Lorentz force acting as an additional body force in the material. On the other hand, the spatio‐temporal development of the magnetic field is very sensitive to changes in the shape of the workpiece, resulting in additional coupling. The algorithmic formulation and numerical implementation of this coupled model is based on mixed‐element discretization of the deformation and electromagnetic fields combined with an implicit, staggered numerical solution scheme on two meshes. In particular, the mechanical degrees of freedom are solved on a Lagrangian mesh and the electromagnetic ones on an Eulerian one. The issues of the convergence behaviour of the staggered algorithm and the influence of data transfer between the meshes on the solution is discussed in detail. Finally, the numerical implementation of the model is applied to the modelling and simulation of electromagnetic sheet forming. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

Thermodynamic multifield modeling of electromagnetic metal forming

The purpose of this work is the formulation of a thermo-magneto-mechanical multifield model and presentation of the numerical strategies applied. In particular, this model is used to simulate electromagnetic sheet metal forming processes (EMF). In this process, deformation of the workpiece is driven by the interaction of a current generated in the workpiece with a magnetic field generated by a coil adjacent to the workpiece. The interaction of these two fields results in a material body force known as Lorentz force. Up to now, modeling approaches found in literature for EMF are restricted to the axisymmetric case. For real industrial applications however, the modeling of three-dimensional forming operations becomes crucial for an effective process design.The development and application of such a 3D model is the subject of the work at hand.     

基于Maxwell 3D的汽车空调压缩机电磁离合器电磁力仿真研究

以SEBX15汽车空调压缩机为设计原型,应用Ansoft Maxwell对基于三维静磁场的汽车空调压缩机电磁离合器的电磁力进行仿真计算,旨在研究线圈安匝数、气隙、吸盘隔磁槽槽宽、间距和内圈半径等几个因素对电磁离合器所产生的电磁力的影响,为汽车空调压缩机电磁离合器的设计和选配工作提供理论依据。     

Formability of AA 2219-O sheet under quasi-static,electromagnetic dynamic,and mechanical dynamic tensile loadings

The mechanism by which electromagnetic forming(EMF)enhances the formability of metals is unclear owing to the coupling effect of multi-physics fields.In the present work,the associated formability improvement mechanisms were qualitatively categorized and illustrated.This was realized by com-paring the formability of fully annealed 2219 aluminum alloy(AA 2219-O)sheet under quasi-static(QS),electromagnetic dynamic(EM),and mechanical dynamic(MD)tensile loadings.It was found that the forming limit of AA 2219-O sheet under EM tensile loading was significantly(45.4％)higher than that under QS tensile loading,and was marginally(3.7％-4.3％)higher than that under MD tensile loading.In addition,the forming limit of AA 2219-O sheet demonstrated a negative dependency on the strain rate within the range of the dynamic tensile tests conducted.The deformation conditions common to EM and MD tensile loadings were responsible for the significant formability improvement compared with QS tensile loading.In particular,the inertial effect was dominant.The different deformation conditions that distinguish EM tensile loading from MD tensile loading resulted in the marginal improvement in formability.This was caused by the absence of a sustaining contact force at the later deformation stage and the lower strain rate.The body force exerted little influence on the formability improvement,and the thermal effect under the two dynamic tensile loadings was negligible.     

连铸空心管坯内置磁场搅拌器的优化设计

为了提高搅拌器的搅拌效率和使用寿命,以管坯内置磁场搅拌器为研究对象,用Sn-3.5%Pb合金代替钢液进行实验和数值模拟,借助Fluent和ANSYS软件研究了搅拌器的结构参数和电磁参数对金属液所受电磁力和流动状况的影响规律.结果表明:相比两相绕组,采用三相绕组的电磁搅拌器能效更高;磁轭结构对搅拌器的作用效果影响显著,为提高金属液所受电磁力应使磁轭的齿部尺寸尽量小些,但若尺寸太小会使磁轭饱和,影响磁轭的使用寿命;电流强度越大则金属液内的流速越大,电流强度与金属液流速呈线性变化,而电流频率与金属液流速呈非线性变化,电流强度对金属液流动的影响要大于电流频率.     

电磁微锻机构热效应模拟与实验研究

为研究电磁微锻机构在工作过程中的温度分布情况以及提高其功率密度,首先,在现有电磁微锻机构的基础上,从能量角度对其热效应与输出功率的关系进行分析,明确了热效应会限制机构的最大输出功率。然后,利用COMSOL Multiphysics软件分别对风冷和水冷方式下电磁微锻机构的温度场进行CFD （computational fluid dynamics, 计算流体力学）仿真分析,确定了不同入口边界条件下的等效对流换热系数;同时,根据等效对流换热系数与入口边界条件的关系,建立了该机构的瞬态温度分析模型。最后,搭建了电磁微锻机构温度测量实验平台,并对该机构的温升特性和稳态温度特性进行了实验研究。实验结果表明,所提出的电磁微锻机构热效应仿真分析方法较为合理、准确,可为微锻机构的温度控制和结构优化提供参考。     

铝合金板材磁脉冲辅助U形弯曲过程回弹数值模拟分析

目的揭示铝合金板材磁脉冲辅助弯曲成形对回弹的影响机理。方法基于两种磁脉冲辅助成形方案,采用数值模拟软件LS-DYNA,建立磁脉冲辅助U形弯曲的有限元模型。结果与准静态成形相比,磁脉冲辅助U形弯曲成形能减小板料圆角区的残余应力,方案Ⅰ板料圆角区等效塑性应变大于方案Ⅱ板料圆角区的等效塑性应变;电磁体积力能有效减小回弹,且放电能量越大,回弹角越小;磁脉冲辅助U形弯曲成形能减小板料的弹性应变能。结论相同放电电压下,方案Ⅰ的回弹控制效果好于方案Ⅱ的回弹控制效果。磁脉冲辅助U形弯曲减小回弹的主要原因是板料圆角区残余应力的减小和弹性应变能的降低。