镁合金往复挤压过程的有限元模拟

运用刚粘塑性有限元法对AZ31镁合金3道次往复挤压过程进行热力耦合数值模拟,模拟分析往复挤压过程的变形规律。结果表明:往复挤压过程中,大变形区主要集中在从动冲头一侧的紧缩区中贴近凹模内壁的区域以及细颈区中贴近凹模内壁的区域;随着挤压道次的增加,变形体的累积应变明显增大;细颈区中贴近凹模内壁处以及细颈区与主动冲头一侧紧缩区的交界处应力较大;温度场分布以细颈区为中心,从高到低在变形体形成温度梯度。     

杯形件径向-反向复合挤压成形的应变分析

在圆柱体坐标系下,根据质点的流动规律将变形体划分成7个特征区,建立每个特征区的动可容速度场,进而获得各变形区的等效应变速率与平均等效应变速率;计算各变形区的变形时间,将变形区的平均等效应变速率与变形时间相乘,获得各变形区的平均等效应变。将各变形区的平均等效应变值与有限元模拟结果相比较,验证了各变形区平均等效应变计算公式的准确性。开展纯铝件的挤压成形实验,对挤压件各个变形区的硬度进行测试,由于细晶强化与加工硬化效果显著,大变形区硬度值明显大于小变形区。     

镁合金等径角挤压过程有限元模拟

通过等径角挤压可以细化镁合金晶粒。利用非线性有限元软件MSC.Marc对镁合金的ECAE变形过程进行有限元模拟,获得等效应变和等效应力分布规律,分析挤压力随变形时间的变化和摩擦对ECAE变形的影响。结果表明:挤压力-变形时间曲线可以分为快速增加阶段,慢速增加阶段和稳定阶段;等效应力分布很不均匀,模具拐角对应的区域等效应力最大;试样中部的等效应变值,大于顶部和底部;摩擦会导致变形不均匀。     

5056铝合金桥形零件挤压成形研究

为得到综合性能良好的5056铝合金桥形件,采用挤压成形工艺方案并对在不同小圆角半径的凸凹模作用下桥形件的成形过程进行数值模拟和分析。结果表明:当压下量S为40 mm、成形温度为420℃、凸凹模小圆角半径r为10 mm时,挤压变形过程中桥形件的小圆角处不会出现缩口缺陷;桥形件的等效应变分布、等效应力分布较为均匀;桥形件的等效应变差值最小,等效应力最大值最低。采用优化后的工艺参数和模具对模拟结果进行实验验证,得到符合尺寸和精度要求的桥形件。     

新型药型罩温压扭成形模拟与实验研究

高压扭转工艺可以显著提高金属粉末的固结效果,有效细化晶粒并改善组织分布的均匀性。以薄壁锥形件为研究对象,采用MSC.Marc软件对铜粉锥形件温压扭成形进行了有限元模拟及实验研究,分析了其变形行为和致密化规律。结果表明：温压扭铜粉锥形件等效应力、等效应变及相对密度的轴向分布规律相似,均是由口部到锥部递减;剪切应变为靠近模壁的区域较大;同一水平位置的相对密度总是外壁大于内壁。实验制备的铜粉锥形件相对密度达到0.960 5,与模拟结果接近;不同部位晶粒细化程度在52%~66%之间,组织分布均匀性较好;显微硬度HV0.1为70~116. 实验与模拟结果具有较好的一致性,验证了有限元模型的可靠性。     

基于数值模拟的起落架锻模温度场、应力场分析

为解决某起落架锻模服役后出现严重塑性变形的问题,采用有限元数值模拟技术模拟实际模锻成形过程,并结合实验手段,研究锻模服役过程中的应力场、温度场分布,解决起落架锻模锻后出现的黏模、变形等问题。结果表明:有限元模拟结果与实际较吻合;锻模温度与应力随距型腔表面距离的增加而减小;最大等效应力值集中在型腔底部圆弧处,最大温度场分布在锻模桥部;锻模型腔表面及以下25 mm内区域温度波动较大,等效应力值在824 MPa以上。通过在此区域堆焊高性能焊材制备再制造锻模,能够提高锻模使用寿命。     

有限元分析等通道-螺旋挤压中螺旋参数的影响

对等通道挤压-螺旋成型模型进行数值模拟计算,分析转角剪切与旋转剪切对AZ31镁合金在成型过程中等效应力、应变和挤压力的影响。结果表明:经等通道挤压-螺旋成型后,随螺旋长度、螺旋角度和螺旋凹槽深度的增加,试样所获得的等效应变更大,分布更均匀,AZ31镁合金的塑性应变值最高达2.1;随螺旋长度、螺旋角度增加,试样获得的等效应力更大,但随螺旋凹槽深度的增加,等效应力无明显变化,在等通道的转角区和螺旋变形的旋转区出现明显的应力集中。     

搅拌摩擦焊接中材料变形及残余应力分析

采用数值模拟手段,分析了在搅拌摩擦焊接过程中不同材料的变形情况及其残余应力的分布,研究了材料变形与残余应力之间的关系,并建立了异种金属搅拌摩擦焊接的模型。研究结果表明,搅拌摩擦焊接过程中材料的流动主要集中在焊接构件的后退侧,且在搅拌摩擦焊接过程中铝合金较钢表现出更好的流动性能。残余应力分布呈现典型的双峰特征,残余应力的最大值发生在热影响区的边界。拉伸残余应力较大的区域与等效塑性应变较大的区域具有较好的对应关系。异种金属焊接会增大焊接构件搅拌区内较软材料一侧的残余应力。     

工业雷管薄壁壳环矢缩径力学性质模型研究

为研究工业雷管薄壁壳环矢挤压缩径成形工艺的力学性质，采用微元法结合弹塑性理论对环矢缩径成形工艺力学性质进行理论分析，并建立工业雷管薄壁壳环矢缩径有限元模型，利用ANSYS软件对缩径成形过程进行数值模拟，探究了管壳缩径成形的应力应变分布规律，并通过试验对仿真模型的准确性进行了验证。结果表明：薄壁壳变形区最大等效应力出现在模具锥角与管壳接触的边线处；成形区的应力应变沿中心截面对称分布，随着位移进给量增加，应力应变沿纵截面线呈缓-快-缓的趋势增大，沿横截面线呈先减小再增大分布，内壁的最大应力及最大应变均略大于外壁。     

WSTi3515S钛合金超塑性拉伸变形行为的多尺度模拟

金属材料在塑性变形过程中存在多尺度效应,而多尺度建模仿真是研究多尺度效应的一种有效方法。基于动态再结晶热黏塑性本构理论,对WSTi3515S阻燃钛合金的拉伸变形行为进行仿真模拟,建立相应的多尺度模型,研究变形过程中材料的宏观力学响应和微观应力分布。结果表明:宏观拉伸模拟获得的应力-应变曲线与试验结果吻合;多晶集合模型体积单元,其整体响应与宏观试样微区的行为吻合较好;在变形过程中,应力-应变分布均从中心区向四周扩展,且在高温低应变速率下,应力-应变分布更均匀;随着应变增大,变形局部化由于应力的相互牵制而松弛,应力集中被有效缓解,使变形持续进行,从而获得较好的塑性。     

变壁厚筒形构件辊挤成形过程数值模拟

为解决变壁厚筒体构件制造过程材料利用率低、机加工时长等问题,提出一种辊挤成形工艺。该工艺通过3个被动旋转辊轮的辊压作用实现坯料的塑性变形。借助Deform-3D软件建立变壁厚筒形构件辊挤成形热力耦合刚黏塑性有限元模型,对辊挤过程进行数值模拟,获得了辊挤过程中载荷-行程曲线、等效应力与应变场以及温度场的分布规律。研究了工艺参数对成形构件变形均匀性的影响。结果表明:工件变形的不均匀性随着辊挤速度和摩擦因数的增大而增大,随变形温度的升高而减小。     

直线往复运动VL 型密封圈性能分析

为深入研究航空作动器往复密封的问题,对航空用直线往复作动筒上的VL 密封圈进行有限元仿真。介 绍VL 密封圈仿真过程,建立密封圈划分网格后的有限元模型。通过对VL 圈施加流体压力渗透载荷,对密封圈不同 油侧压力下的应力应变情况进行分析,利用ANSYS APDL 绘制密封圈唇口接触压力分布图,并分析密封圈最大等效 应力及唇口接触压力峰值随温度的变化情况。仿真结果表明,该研究对于掌握VL 型密封圈的力学特性有一定的参 考价值。     

大塑性变形AZ31-1%Si-0.5%Sb合金组织与力学性能

研究大塑性变形对AZ31-1%Si-0.5%Sb合金组织和性能的影响,探讨基体组织和Mg2Si颗粒的细化机制。AZ31-1%Si-0.5%Sb合金铸态组织由α-Mg、β-Mg17Al12和Mg2Si组成。正挤压变形可以细化合金微观组织,基体晶粒约为2μm,正挤压提高AZ31-1%Si-0.5%Sb合金力学性能。往复挤压4道次后再进行正挤压,得到4μm晶粒细小均匀分布的等轴晶组织,抗拉强度、屈服强度、延伸率及硬度较单次正挤压态分别提高了21.8%、19.8%、43.6%和21.5%。力学性能的提高得益于基体组织、Mg2Si和β-Mg17Al12的进一步细化。     

高纯铝等通道转角挤压引起的微观组织变化

高纯铝经等通道转角挤压 (EqualChannelAngularExtrusion/Pressing)后 ,其组织会发生显著变化。采用自制转角为 φ =10 0° ,ψ =16°的挤压模具 ,在液压试验机上对晶粒直径为 1.0mm的退火高纯铝实施挤压。挤压过程中的塑性剪切应变为 1.5 7,平均一次挤压 (N =1)的等效塑性应变为 0 .912。在扫描电镜上利用背散射电子衍射(EBSD)和ECC新分析技术研究了等通道转角挤压对微观组织的影响。实验结果表明 ,经过一次挤压 ,许多原始晶界沿剪切变形方向伸直 ,等轴晶粒变成沿剪切方向排列的片层结构 ,晶内出现直径约 1.0 μm的大量亚晶。经过多次挤压的高纯铝试样在室温便出现再结晶 ,EBSD分析确定再结晶组织中存在立方织构     

退火态TC4钛合金热变形本构关系的研究

利用Gleeble-3800热模拟机对TC4钛合金在550~800 ℃温区进行热变形试验研究。通过真应力、真应变分析得到TC4钛合金峰值应力随温度升高而降低、应变速率增大而升高,确定了550~800 ℃温区热变形激活能、建立了流变应力本构关系以及峰值应力与温度和变形速率之间的函数关系。通过热变形模拟为TC4钛合金热加工参数的合理制定与控制提供依据。     

典型小口径步枪枪管系统冷热枪状态差异三维有限元分析

针对自动步枪在冷热枪状态下的差异,为揭示冷热偏机理和提高射击精度,以某典型小口径自动步枪为研究对象,基于热固耦合的研究方法,计算了镀Cr层但忽略膛线的某典型小口径自动步枪枪管系统在连续热冲击及膛压下的瞬态温度及变形,分析了其温度场和沿径向的位移场变化规律,仿真计算结果获得了试验数据的验证。研究表明:连发发射时内膛薄层各点的温度梯度将引起高频急剧变化的热应力; 热载荷是影响残余位移的主要因素; 枪管系统前几发弹峰值位移主要受脉冲位移影响,随着射弹量增加峰值位移主要受残余位移影响; 随着射弹量增加,热枪状态下枪管系统变形明显大于冷枪状态下变形; 热载荷是影响枪管系统变形的主要原因,膛压对枪管系统产生了位移脉冲,不影响残余位移。残余位移的增加量随射弹量呈减小趋势。     

Mg-Al-Zn-Nd稀土镁合金热压缩动态再结晶的研究

采用Gleeble-1500D热模拟机对Mg-Al-Zn-Nd稀土镁合金的变形规律及动态再结晶行为进行研究。结果表明:合金的流变应力随应变速率的增大而增加,随温度的升高而降低;变形量对应力-应变关系的影响很小;变形过程中发生动态再结晶,随变形程度的增加,动态再结晶晶粒不断增多,材料呈现明显的软化趋势,流动应力下降。当动态再结晶过程完成以后,继续变形,材料又出现硬化行为;并且动态再结晶平均晶粒尺寸的自然对数与Zener-Hollomon参数的自然对数呈线性关系。根据实验分析,合金适宜的热加工条件为:变形温度400～450℃,应变速率0.1～5s-1。