冲压、回弹及应变速率对双相钢成形件碰撞性能影响的模拟

针对冷轧镀锌双相钢板,在完成U型梁冲压成形及回弹模拟分析的基础上,建立了闭口帽型梁的碰撞分析模型;采用映射的方法完成了U型梁的厚度、应力、应变向碰撞结构件的结果传递;在考虑冲压成形、回弹及应变速率等的情况下,对帽型梁的碰撞过程进行了模拟分析。结果表明:在碰撞过程中,由于应变速率较高,它的影响最为明显,在模型的定义过程中需要着重考虑;因为金属变形过程的加工硬化和厚度减薄等因素的影响,冲压结果直接影响碰撞过程的模拟结果;冲压后因回弹使零件内部的应力得到释放,残余应力减小,因此导致碰撞过程中产生相同的变形需要更大的外力,考虑回弹的刚性墙反力要比没有考虑时的高。     

航空结构件残余应力释放引起加工变形的数值模拟

航空铝合金结构件毛坯在成形过程中产生很大的残余应力,使其在后续机械加工过程中极易发生翘曲变形,采用有限元数值模拟技术,建立了航空铝合金板材残余应力释放引起加工变形的力学模型,分析了在7075T7351铝合金板材材料去除过程中残余应力释放引起的加工变形规律,并针对7075T7351隔框零件进行铣削加工变形实验研究,并与有限元模拟结果进行比较,验证了数值模拟结果具有较高的精确度。     

残余应力重分布引起的结构件铣削变形研究

航空铝合金结构件毛坯在成形过程中产生很大的残余应力,使得其在后续机械加工过程中极易发生翘曲变形,这已经成为国防武器快速开发和高效加工的瓶颈.采用有限元数值模拟技术,建立了航空铝合金板材残余应力释放引起加工变形的力学模型,分析了在7050T7451铝合金板材材料去除过程中残余应力释放引起的加工变形规律,并针对7050T7451隔框零件进行铣削加工变形实验研究,并与有限元模拟结果进行比较,验证了数值模拟结果具有较高的精确度.     

残余应力作用下的航空整体结构件加工变形仿真

铝合金预拉伸板在成型过程中会产生较大的残余应力,在切削过程中毛坯的初始残余应力的释放对整体结构件的宏观变形有重要的影响。在弹塑性力学的基础上,综合运用Hypermesh和ABAQUS建立残余应力单因素作用下的三维铣削仿真加工变形场的有限元模型,利用生死单元技术模拟了材料的去除,分析了铝合金板材材料去除过程中残余应力释放引起的加工变形规律。并且运用Hypermesh提高了有限元前处理的速度,解决了复杂模型的残余应力加载困难与单元去除困难的问题。     

弱刚度结构件切削加工残余应力的研究

弱刚度结构件具有刚度差和材料去除量大等特点,加工过程中产生的残余应力容易导致其加工变形,尤其对于精度要求高且厚度不均匀的弱刚度结构件,更有必要研究切削加工残余应力的影响因素,从而为控制弱刚度结构件的加工变形提供基础。根据正交切削理论和热弹塑性有限元理论建立了切削加工的三维有限元模型,对材料为40CrNiMo的变厚度弱刚度结构件进行了切削加工模拟,对切削过程中的残余应力进行了有限元计算。通过对比不同切削参数情况下残余应力的分布,得到了残余应力随切削参数的变化规律;将变厚度弱刚度结构件的加工分为二次等厚度的切削加工,通过与一次加工得到的残余应力进行对比,得到了2种不同加工工序对变厚度弱刚度结构件的残余应力影响规律。     

残余应力对航空整体结构件加工变形的影响分析

基于理论计算和有限元模拟,研究了毛坯的初始残余应力对大型整体结构件数控加工变形的影响,对单向 应力作用的矩形截面梁在剥层过程中的变形挠度值进行了求解。结果表明,理论解与有限元计算值是一致的。面 向工程应用,采用ABAQUS有限元软件模拟了残余应力对隔框类整体结构件加工变形的影响,并进行了试验验证。 有限元仿真结果与试验数值非常吻合。最后,根据工件加工变形的有限元模拟结果,提出了提高整体结构件制造 精度的工艺措施。     

飞机整体结构件加工变形的产生和对策

分析了整体结构件加工变形的产生机理。通过两个实例，说明了整体结构件已去除材料残余应力的释放和切削加工表面残余应力对工件变形的影响。提出了深冷处理消除毛坯残余应力、高速切削和切削加工工艺优化等抑制整体结构件加工变形的策略。针对整体结构件弯曲变形，提出了校正需要满足的基本曲率关系．     

V形辊辊式矫直过程分析及压下量设计

基于弹塑性变形理论,利用ANSYS LS-DYNA建立了V形辊的七辊矫直机的三维有限元模型,对V形辊辊式矫直过程进行分析.进行了下压量的参数设计,并分析了不同下压量下,菱形型材在矫直过程中的变形及矫直后的残余应力分布规律.结果 表明:菱形型材被矫直后残余应力主要分布在边界处,随着下压量的增大最大残余应力先减小后增大.通...     

基于Simufact Welding的某型号发动机推力架焊接分析

推力架是固体火箭发动机主推力的传力结构件,一般采用电弧焊接的方式将各组件连接成型,焊接性能的好坏直接影响发动机的正确定位、主推力测量精度及推力架的使用寿命。利用Simufact Welding软件模拟方法,对推力架组件焊接过程的温度、变形和应力进行分析。结果表明:热源到时焊缝部位发生瞬态变形,且焊缝区域的温度梯度较大,焊缝处冷却后的残余应力大于Q235钢的屈服强度。     

铝合金铣削残余应力的研究进展

随着航空航天和汽车工业的发展,铝合金因其优良的性能得到了广泛应用,但铝合金铣削时出现的加工变形问题日益突出。铣削过程中产生的残余应力是导致加工变形的主要原因,相较于传统试验方法,有限元模拟仿真研究残余应力具有省时省力、节约成本的优点,更能获知应力场、应变场、温度场等重要信息,因此采用有限元技术对切削加工进行数值仿真将是未来研究铝合金结构件变形问题的大趋势。本文阐述了近年来国内外有限元模拟铣削过程的研究进展,总结了不同条件下对铣削铝合金残余应力的分析及研究成果。     

基于等弧长的U形件回弹补偿技术研究

底面圆弧回弹补偿是解决U形件回弹补偿过程中所产生冲压负角的有效方法,故提出等弧长补偿原则来快速获得底面圆弧半径、两侧底角圆弧半径及圆弧中心参数,实现了U形件回弹补偿模型尺寸精度的精确控制;应用试验设计方法、响应面模型构建了U形件回弹角计算的近似模型,通过理论分析实现了补偿角和最大补偿角的计算,从而可快速构建底面圆弧补偿的U形件回弹补偿模型。算例验证了该方法的有效性。     

Stress and residual stress distributions in plane strain bending

Stress and residual stress distributions in bending are important in calculating springback and loading capacity of a sheet-metal bending part. Great differences have been found in springback prediction with the same input (benchmark problems) among different researchers. In order to find out the root cause of these differences, stress and residual stress calculation methods in plane strain bending are briefly reviewed or developed. The influence of deformation theory and incremental theory, repeating bending, unbending and re-bending, cyclic material models and springback calculation methods on the stress or residual stress distributions are examined and shown to be large. This emphasizes the importance of careful selection of these variables in a simulation model in addition to other general input variables, such as material properties, tool geometry and friction condition. This fact also helps to explain the great differences among different research results, and presents a challenge to both the programmers and the users of finite element packages.     

楔尖圆角对楔横轧4Cr9Si2气门成形影响分析

借助刚塑性有限元软件DEFORM-3D针对4Cr9Si2马氏体耐热钢楔横轧成形过程进行有限元数值模拟,得到楔横轧工艺参数——楔尖圆角对楔横轧4Cr9Si2马氏体耐热钢轧件对称中心的心部缺陷以及轧件表面的表面螺旋痕和对称中心横截面拉细的影响规律：随着楔尖圆角的增大,轧件表面径向力的数值得到减小,从而使横楔轧轧件表面螺旋痕将会明显减小;当楔尖圆角增大后,轧件心部横向应力σy和切应力τxy的持续时间将增加,同时,楔横轧轧件心部第一主应力σ1的方向将会发生改变,使轧件心部金属朝横向y方向流动,从而增加了楔横轧轧件心部缺陷产生的可能性;楔尖圆角增大,轧件轴向力Fz的数值将会减少,从而能够改善对称中心横截面拉细状况。进行4Cr9Si2马氏体钢的楔横轧轧制试验,验证有限元模拟结果的可靠性,并通过增大展宽角获得合格的轧件。     

非球面玻璃透镜模压成形有限元分析

针对玻璃与模具的材料属性、随时间变化的黏弹性和结构松弛原理,基于非线性有限元软件MSC.Marc建立了非球面玻璃透镜的超精密模压成形的有限元数值仿真分析模型,对比分析了不同工艺参数（模压温度、模压速度、摩擦因数等）对成形透镜残余应力与轮廓偏移量的影响。研究结果表明：随着模压温度的升高、模压速度和摩擦因数的减小,残余应力相应减小;随着模压温度和退火速度的增大,以及模压速度的减小,轮廓偏移量相应变小。     

反应堆压力容器内壁环形锻件焊接残余应力三维有限元数值模拟

某新型反应堆压力容器内壁设计了环形锻件与筒体内壁焊接的环形焊接结构。该种结构形式的焊缝首次在反应堆压力容器中出现,无成熟经验可以借鉴。为了了解该种复杂结构形式及大厚度焊缝的焊接残余应力幅值及分布规律,基于ANSYS有限元分析软件,建立了反应堆压力容器内壁环形锻件多层多道焊接三维有限元模型。在此基础上,以带状移动温度热源作为焊接热源模型计算出多层多道焊接的瞬态温度场结果,采用热-力间接耦合法,得到了焊接应力场计算结果。模拟结果表明,焊缝区域环向应力从上表面到下表面分布趋势为拉应力-压应力-拉应力,呈现自平衡的分布形式。根部焊道区域的环向应力为拉应力。焊缝上轴向应力最大为300 MPa左右;焊缝上下表面径向应力较大,达到400～500 MPa左右;峰值等效应力出现在焊缝根部区域,幅值最大约700 MPa。     

TA2M钛合金板材U形件弯曲回弹研究

应用PAM—STAMP冲压模拟软件,对TA2M钛合金板材U形弯曲成形及回弹过程进行了数值模拟预测,并对模拟结果进行了工艺试验验证,得到了板料厚度、轧制方向以及相对弯曲半径等参数对回弹影响的数值结果,并对结果进行了分析。     

微热压成型脱模缺陷分析及其脱模装置

为了提高热压成型品质,对手动脱模及自动脱模所产生的缺陷进行了分析。采用有限元模拟了高深宽比微结构的脱模过程。模拟结果显示在自动脱模时应力集中主要出现在微结构底部,而最大脱模应力出现在脱模的起始阶段,这时的脱模缺陷主要以颈缩和根部断裂为主。而手动脱模引入的微小脱模方向偏差会造成巨大的应力集中,该应力集中在脱模阶段后期达到最大。5°的脱模方向偏差造成的应力集中可达190 MPa,这时的脱模缺陷主要表现为微结构倾倒及其根部断裂。因而对于高深宽比微结构的热压印成型,必须要采用自动脱模装置。为了克服常规自动脱模装置导致聚合物翘曲变形问题,设计了新型的气动脱模机构并集成到自行设计的热压印装备中。随后的压印试验中采用该气动脱模装置成功制得深宽比约为3.3的微结构,证实了该脱模装置的有效性。     

基于试验设计和灰色关联度的橡皮囊成形回弹影响因素显著性分析

橡皮囊成形是飞机钣金零件的一种重要成形工艺方法,回弹问题是橡皮囊成形的难点,对其影响因素进行显著性分析可有效控制回弹。基于橡皮囊成形有限元数值模拟,将正交试验设计方法与灰色关联度相结合用于分析橡皮囊成形回弹影响因素的显著性,以某实际长直U形件为例分析压力、最大充液速率、最大节点速度、保压时间、弯曲半径、板料厚度以及轧制方向等因素对回弹的影响程度,结果表明,模具圆角半径、压力、板料厚度、保压时间是橡皮囊成形回弹的主要影响因素,而最大充液速度、最大节点速度、轧制方向对回弹的影响较小。分析结果与工艺试验结果相吻合,从而验证了该方法的有效性。     

Experimental and numerical studies of stress/strain characteristics in riveted aircraft lap joints

The fatigue property of riveted lap joint is greatly related to the riveting-induced residual stress, especially the stress distribution on the faying surface. However, an accurate study of the residual stress characteristics in the riveted sheet could be very difficult. In this paper, both numerical and experimental investigations were carried out on the stress/strain characteristics in riveted aircraft lap joints. A special specimen was designed for the test of strain variations on the faying surface of the sheet by microstrain gages. For the numerical simulation, the rivet squeezing process was analyzed using the explicit dynamic finite element (FE) method, whilst a general static FE analysis was employed for the elastic springback after the squeeze force was removed. A comparison of the strain variations between the experimental results and FE simulations shows a general good agreement, although there may be some difference for points measured near the hole surface. The FE analysis reveals that both compressive and tensile residual stresses could be introduced in the riveted sheet. Massive compressive residual stress can be created in the near-surface layer of the hole. However, the stress level is not always increased with increasing the squeeze force, and so is the improvement of fatigue life observed. Further study is still necessary to account for the fatigue life decreasing effect caused by a high squeeze force.

     

Small-hole arrays of ceramic material manufactured by micro powder injection molding

Ceramic substrate with three kinds of small-hole arrays (the minimum diameter is 400?μm) was manufactured by micro powder injection molding. The homogeneity, thermal, and rheological properties of the feedstock was characterized by means of SEM, Archimedes method, TGA, DSC, and capillary rheometer, respectively. The feedstock has good uniformity and the viscosity of feedstock accords with the pseudo-plastic behavior which is suitable for micro powder injection molding. The test results also show that the linear shrinkage of small holes is lower than the substrate which is important to mold design and size contraction of the sample. Moreover, the porosity of the sintered substrate is lower than that of the thin wall between two neighborhood small holes. Good surface roughness of the sintered samples is obtained by using sub-micron ZrO₂ powder which is even lower than molded surface. The relative density and hardness of the ceramic substrate with small-hole arrays sintered under 1,500°C for 2?h is 98.3% and 13.68?GPa, respectively.