塑性加工过程的变形与传热耦合分析方法的实验验证

金属塑性加工过程的变形与传热耦合分析方法,是近代塑性加工理论中的前沿研究领域。至今,已提出了多种耦合计算方法,但由于技术上的困难,这些方法很少得到直接实验验证。作者在有关文献资料基础上,建立了一种金属塑性加工过程的变形与传热的有限元耦合分析方法,并编制了可在微机上实施的程序。对冷态镦粗过程进行耦合分析的结果表明,所建立的方法和编制的程序是可行的。为了检验所提出方法的可靠性,作者首次采用专门改制的铠装热电偶,精确地跟踪记录了镦粗过程中坯料内某些部位的温度变化情况。此外,还用光塑性方法获得了坯料内的应力-应变状态。理论预测结果与实验数据一致。作者所提出的方法可发展成为难变形材料热态成形过程的变形与传热耦合分析方法。     

平面应变镦粗问题的摄动分析

通过引入速度势函数，将理想刚塑性体平面应变问题的控制方程化简为两个非线性偏微分方程，应用摄动方法，以摩擦因素为摄动参数，获得了平面应变镦粗问题的摄动解。在此基础上，研究了镦粗过程中的变形规律和应力分布规律，理论分析结果与由其它理论所得的结果符合较好。     

镦粗成形工艺的类等势场分析法

以镦粗成形工艺为例提出了一种新的适用于实时控制的快速模型构建方法。通过对镦粗件初始形状和终了形状电极的缩放,形成一个完整的静电场,并获得按照一定规律渐变的介于2个导体形状之间的等势线。根据其分布规律确定出坯料内部的流线和等势线以及坯料内部质点的流动情况,进行了相关场变量的分析计算,最后将计算结果与有限元法分析结果进行了比较,分析表明,该方法可行、计算结果可靠、计算过程快捷。     

核电饼类锻件制坯过程鐓粗工艺的有限元分析

利用DEFORM软件,对核电锻件制坯过程中的平板鐓粗工艺进行了有限元模拟。分析了在鐓粗过程中,随着压下量的增加,毛坯难变形区的变化;给出了在变形过程中,不同压下量下毛坯内部的变形过程及应力、应变分布情况。通过有限元分析,对解决核电饼类锻件常出现的裂纹和超声波探伤超标等质量问题,提供了有益的参考。     

单榫头叶片锻造过程应力应变场的三维有限元分析

为了获得单榫头叶片锻造过程中应力，应变场的分布规律，利用自行开发的三维有限元模拟分析软件对其成形过程进行了模拟分析，研究结果表明，单榫头叶片锻造过程是非稳态的塑性流动过程，叶身横截面内的变形类似于圆柱体的镦粗，且心部所受的变形和三向压应力最大；随着变形程度的增加，等效应力，等效应变等变量值增加，且变形的不均匀程度也在增加；通过对应力应变的分析可以预测缺陷产生的可能部位，并提出相应的防止措施，该研究对了解和掌握叶片锻造过程的变形规律具有重要意义。     

P91厚壁管穿孔过程中孔洞演变规律的模拟

本文借助大型有限元软件Deform模拟分析P91厚壁管在穿孔过程中的孔洞演变规律,重点分析了孔洞在镦粗穿孔过程的温度场、等效应力、等效应变等方面的变化情况,促进工艺制定由经验走向科学.     

RR法全纤维曲轴弯曲镦锻成形的数值模拟

针对12V280曲轴,对RR法加工全纤维曲轴的过程进行了塑性有限元数值模拟,获得了曲柄臂部分的应力、应变分布和成形载荷-行程曲线,分析了摩擦系数对曲轴弯曲镦锻的影响.结果表明,曲轴弯曲镦锻的塑性变形区域主要集中在曲轴臂部;水平镦粗力大于垂直弯曲力;改善接触摩擦条件有利于曲轴成形质量.     

磨削淬硬热力相变数值分析

磨削淬硬技术是以磨削力做功产生足够的热量,以达到奥氏体相变温度,工件表面需承受高温、磨削力和相变等的综合作用。文章基于磨削淬硬热力相变作用,进行了温度场有限元分析和结构分析,通过耦合有限元法计算了三种高度不同工件加载过程中不同时刻工件应力-应变分布及变形情况、工件内部应力—应变分布情况以及工件高度对工件变形的影响规律。结果表明:应力、应变集中在工件表层,在磨削弧区其值最大,越远离工件表面,应力、应变越小;相同加工参数下,工件越高,应力、应变集中区域所占工件体积比例越小,总体变形也较小。     

4032铝合金销轴热挤压成形过程的有限元分析

基于DEFORM-3D有限元分析软件,采用刚黏塑性热力耦合有限元模拟技术,对4032铝合金销轴热挤压成形过程进行了模拟与分析,获得了金属流动、挤压载荷、等效应变以及坯料内部温度等相关场量的变化规律.结果表明:4032铝合金销轴热挤压变形时,坯料心部金属的流动速度大于表层金属;内部变形可分为4个区域,即未变形区、变形区、已变形区和死区;坯料在凹模模口附近变形最为剧烈,挤压载荷急剧增加,等效应变梯度最大,局部温升明显.     

ZK60镁合金棒材挤压过程有限元分析

采用刚粘塑性有限元理论,分别用2mm/s、3mm/s、4mm/s、5mm/s的挤压速度,对ZK60镁合金棒材的挤压过程进行了数值模拟,观察棒材挤压过程中金属流动情况,并分析了挤压变形时工件内部的温度变化情况,以及应力、应变分布规律.以模拟出的挤压件流出模孔时等效应力应变的分布规律,确定该棒材挤压的最佳工艺参数.     

Prediction of grain size for large-sized aluminium alloy 7050 forging during hot forming

A numerical approach for process optimization and microstructure evolution of lager-sized forging of aluminium alloy 7050 was proposed, which combined a commercial FEM code Deform 3D with empirical models. To obtain the parameters of empirical constitutive equation and dynamic recrystallization models for aluminium alloy 7050, the isothermal compression tests of 7050 samples were performed on Gleeble-1500 thermo-simulation machine in the temperature range of 250-450 ℃ and strain rate of 0.01-10 s-1, and the metallograph analysis of the samples were carried out on a Leica DMIRM image analyzer. The simulation results show that the dynamic recrystallization in the central area of the billet occurs more easily than that on the edge. Repetitious upsetting and stretching processes make the billet deform adequately. Among several forging processes e.g. upsetting, stretching, rounding and flatting, the stretching process is the most effective way to increase the effective strain and refine the microstructure of the billet. As the forging steps increase, the effective strain rises significantly and the average grain size reduces sharply. Recrystallized volume fractions in most parts of the final forging piece reach 100% and the average grain size reduces to 10 μm from initial value of 90 μm.     

上界法中应力分布的求解

本文在设定运动许可的速度场基础上，求出应变分布，推导出球应力分量的计算方法，从而解决了上界法中应力分布的求解问题，并对圆柱体镦粗过程进行了求解。     

7050铝合金热挤压成形过程的有限元模拟

针对传统工程机械用销轴数量多、重量大、工况差等不足,以7050高强轻质铝合金代替传统钢质材料,采用DEFORM-3D有限元分析软件,对7050铝合金热挤压成形过程进行有限元数值模拟,分析了挤压载荷、金属流动速率、等效应变、等效应力和温度场等参量的变化规律。结果表明,销轴的热挤压变形过程可分为4个阶段,即挤压填充阶段、开始挤出阶段、稳定挤压阶段和终了挤压阶段;工件内部等效应变分布横向均匀性较好,除了尾部变形不均匀外,其他部位应变分布基本一致;在挤压凹模模口处形成死区,工件内部等效应力达到最大值。     

BCCP内水压承载能力原型试验

为了研究钢筋缠绕钢筒混凝土压力管（BCCP）在内水压作用下的承载破坏特征,设计了三个不同管径的BCCP内水压现场原型试验.在管径1 800 mm BCCP的钢筒、钢筋和混凝土保护层上布置环向应变片,逐级施加内水压至2.5 MPa,得到了各部位在内水压作用下的受力变化规律.主要结论如下:BCCP从生产时施加预应力到承受内水压至最终破坏的受力过程可分为5个阶段.1）管芯受预应力钢筋环向作用力阶段.缠筋后,钢筒与混凝土形成的管芯受到一个初始预压应力;2）保护层开裂前整管承受内水压弹性阶段.对应于试验中内水压小于1.5 MPa的阶段,管芯依然受压,而预应力钢筋和外混凝土保护层受拉;3）保护层开裂,管芯承受内水压弹性阶段.试验中当内水压达到1.6 MPa后,保护层开始达到抗拉强度开裂,混凝土管芯也从初始的受压慢慢转变为受拉,依然处于弹性状态;4）管芯开裂,钢筒和钢筋受拉弹性阶段.当内水压达到2.2 MPa后,管芯径向开裂,但是钢筒和钢筋的应力随内水压依然稳步增长;5）管道破坏阶段.钢筒和预应力钢筋达到最终屈服强度,整管丧失承载能力.研究成果可为BCCP在输调水工程中的推广使用以及相关标准的制定提供依据.     

Deformation and Densification Laws of Powder Cold Forging

The deformation and densification laws of preform upsetting and closed-die forging were researched based on experimental results of cold forging of deoxidized Fe powder sintering porous material under different initial conditions such as friction factor, ratio between height and diameter and relative density. The fracture limit criteria＂ for powder cold-forging upsetting and the limit strain curve were achieved. The effect of friction facto,, ratlt, between height and diameter and relative density on fracture strain limitation was emphatically analyzed. The limit process parameter curves for the deformation of upsetting were also confirmed. Laws of deformation, densification and density distribution for closed-die forging of powder perform during cold-forging were further analyzed and discussed with the help of experimental phase analysis. As a result, this experiment established theoretical foundations for the design of preform and die as well as optimization of technological process parameters.