内径滚压连接三维有限元分析

通过对成形过程中关键问题的合理处理,建立了钛合金导管内径滚压连接成形,利用ABAQUS/Dynamic Explicit算法进行模拟计算,真实地反映了物理试验中各组件的运动情况;探讨导管材料塑性变形特点、成形后位移场分布,以及导管与管套之间接触力随时间的变化规律,从而掌握了滚压连接成形特点,模拟结果与试验吻合较好。综合分析得出,导管材料嵌入管套凹槽形成拉脱阻力和导管与管套之间存在残余接触压力,是连接成形的机理。     

内径滚压连接接头密封性能有限元分析

对钛合金导管内径滚压连接成形过程和装配组件耐压试验过程建立有限元模型,开展内径滚压连接接头密封性能研究,从弹性应变分布和接触力分布两方面进行分析,揭示了钛合金导管内径滚压连接接头密封机理;通过分析管套材料、内压力和扭矩对接头各组件间接触力的变化趋势,掌握了各因素对密封性能的影响规律。结果表明,管套材料屈服强度越大,弹性模量越小,连接件密封性能越好;在内压力作用下,装配件的密封性能好;装配扭矩增加到一定程度后,对密封无意义。     

不锈钢无扩口导管挤压连接成形数值模拟和试验研究

为了提高航空液压导管接头的可靠性,对不锈钢无扩口导管挤压连接成形中的关键问题进行了有限元模拟分析。针对DN8的无扩口导管模拟结果总结得出:胀形压力在160～200 MPa之间可以得到好的成形效果;对于不同厚度的胶套,得出最佳的使用长度范围;导管和导套之间存在0.1 mm的间隙配合时,胀形压力需要达到180 MPa。利用优化后的工艺参数进行无扩口导管挤压成形连接试验,试验后利用显微图像软件测量变形区域的管壁厚度,其与有限元数值模拟的厚度分布情况相吻合,且最大误差不超过8%,验证了本文工艺参数优化的合理性,对无扩口导管挤压连接成形工艺具有一定的指导意义。     

圆管镦锻法兰成形的试验研究

通过以圆管镦锻法兰成形过程进行有限元数值模拟,分析了圆管坯料尺寸、摩擦等因素对圆管镦锻法兰成形过程中金属流动的影响及缺陷产生的原因。根据有限元数值模拟结果,进行了圆管镦锻法兰成形试验,数值模拟结果与试验结果具有较好的一致性。     

基于DEFORM-3D的汽车转向拉杆径向温挤成形模拟

针对传统拉杆加工工艺中应力集中、材料利用率低等缺点,提出采用径向温挤压技术来加工某种型号拉杆的新工艺。首先利用有限元模拟软件分3个阶段对拉杆径向温挤压过程进行了模拟,并通过对模拟结果的分析,得到坯料温度变化曲线与径向挤压金属的流动情况。随后在压力机上进行了工艺试验。结果表明,在径向温挤压过程中拉杆制件成形良好,符合零件要求,挤压缺陷最容易出现在拉杆球接处,利用模具预热与润滑手段可避免挤压缺陷产生。试验结果与模拟结果基本一致,验证了新工艺的可行性。     

TA18钛合金导管的内径滚压连接工艺

针对TA18钛合金导管开展了内径滚压连接工艺研究,研制了基于扭矩控制的滚压连接专用设备,实现了难变形钛合金导管的内径滚压连接成形;同时掌握了成形扭矩与连接件管端伸出量和连接件内径的关系,指出管端伸出量和连接件内径与成形扭矩呈线性递增关系,确定了最佳成形扭矩;采用痕迹法作为连接组件配合面密接度的检测试验方法,检测结果表明,管套与堵头之间的密封面沿圆周无间断,密接度达到100%。所研制的钛合金导管内径滚压连接件通过了配合面密接度检测和28 MPa液压系统性能验证,达到了28 MPa液压系统的性能要求。     

楔横轧梯形螺旋齿轴金属流动规律

分析金属流动规律,是研究楔横轧螺旋齿成形规律的重要方法。采用DEFORM-3D有限元软件模拟梯形螺旋齿的成形过程,对不同截面上的分析点成形过程进行追踪,获得成形过程轧件径向、轴向金属流动规律。受模具齿形顶部及侧壁挤压作用,在不同位置,轧件上各螺旋齿底部径向金属变化基本相同,轧件齿顶径向流动差别稍大;大部分轴向金属流动量与初始点距轧件中心距离成正比,处于轧件侧壁处金属流动情况略有差别;轧件齿形两端部金属的轴向流动量较大,径向流动量较小。由实验轧件获得的金属流动规律与模拟结果一致。该金属流动规律对模具孔型设计提供了依据。     

某同步器齿环热精锻成形工艺方案设计

提出同步器齿环两种不同的热精锻成形工艺方案,借助有限元分析软件Deform-3D,模拟了两种工艺方案下齿环的热精锻成形过程,分析比较了两种方案中的金属流动规律和应变分布规律。模拟结果显示:工艺方案1的成形末期,在定位键与侧壁结合处变形较剧烈,该处存在两个方向的金属汇流,从而导致该处产生折叠缺陷;采用方案2,定位键最后充填,充填方式为金属的径向和轴向复合流动,定位键与侧壁的结合处不存在两个方向上的金属汇流,因此不会产生折叠缺陷。工艺试验表明,采用方案1成形的齿环在定位键与侧壁的结合处有明显的折叠缺陷,采用方案2成形的齿环充填饱满、未见折叠缺陷。数值模拟结果与工艺试验结果相吻合,数值模拟可以为实际生产提供指导。     

航空导管接头旋压连接装置逆向建模及工艺参数优化

针对无扩口型钛合金航空导管接头的旋压连接,采用逆向技术对旋压连接装置进行建模。基于Deform-3D有限元软件,建立航空导管连接接头旋压连接的有限元模型。基于有限元分析,采用响应曲面法,以主要工艺参数为变量,以填充率为优化目标,建立完全二阶响应曲面函数模型。通过对响应曲面函数模型的寻优求解,获得合理的工艺参数组合为：芯轴自转速度为2.68 r·s^-1、芯轴轴向进给速度为0.11 mm·s^-1,模型预测的填充率为93.3%。采用优化参数数值模拟的填充率为93.1%,与模型预测值的相对误差为0.21%;试验制件的填充率为92.8%,与模型预测值的相对误差为0.54%,同时亦对试验制件的主要性能进行了检测。结果表明,构建的响应曲面函数模型具有良好的精度,采用优化参数后,导管内壁变形均匀,管套凹槽填充效果良好,导管连接接头性能优良。     

电极端子冷挤压成形数值模拟与工艺研究

以管坯镦锻和径向挤压理论为基础,制定了电极端子冷挤压成形工艺。运用有限元软件Deform-3D进行了冷挤压成形过程的模拟,通过对金属流动速度场分析,揭示了电极端子冷挤压过程中金属流动规律和充填规律。另外,得到了载荷与凸模行程的关系曲线。最后参照模拟的工艺参数进行了工艺实验,实验结果与模拟结果吻合,验证了整个工艺过程的可行性。     

等静压石墨的生产工艺、主要用途和国内市场分析

在等静压石墨/BNi-2/304不锈钢套管式真空钎焊试验的基础上,使用有限元分析软件对钎焊接头在不同钎焊间隙下残余应力的大小和分布进行模拟,结合试验对模拟结果进行分析说明,判断接头薄弱区。结果表明,对于等静压石墨管和不锈钢管钎焊接头,304不锈钢侧和BNi-2钎料层中的残余应力对接头强度的影响不大;随着钎焊间隙增加,径向残余应力减小,接头强度提升,但钎焊间隙过大时会使接头拉断,影响母材连接;通过模拟分析发现,当钎焊间隙为50 μm左右时,母材连接不充分;当钎焊间隙为150 μm左右时,获得良好接头;当钎焊间隙为250 μm左右时,受304侧与石墨侧的径向残余应力共同作用下,接头产生环形裂纹;当钎焊间隙为350 μm左右时,沿轴线方向距接头顶部约900 μm、沿径向方向距钎料约600～1 000 μm处的等静压石墨为接头薄弱区,并产生环状裂纹衍生至接头端面。

     

超短半径水平井导向筛管结构优化设计

导向筛管是超短半径水平井柔性钻具的重要组成部分,其结构尺寸的合理性直接影响钻具的造斜能力。基于导向筛管与井眼曲率相匹配的条件,采用贝塞尔曲线拟合导向筛管运动轨迹方程,得到导向筛管单节最大长度。在满足强度和弯曲刚度条件基础上,对各结构参数进行了优化。采用有限单元法,考虑导向筛管的材料非线性及横缝之间的接触非线性,建立了导向筛管有限元模型,并给出了求解策略。对优化后的单节导向筛管进行力学分析,验证了导向筛管结构优化设计的合理性。研究成果为导向筛管开槽结构设计提供理论参考,为超短半径水平井的成功钻进提供必要的工具支持。     

轴套式油压减振器关节套的力学特性分析

为了研究轴套式油压减振器关节套的力学性能,建立了关节套模型,基于ANSYS Workbench对列车轴套式减振器的关节套进行了有限元分析,研究焊接残余应力大小对关节套强度的影响.仿真结果表明,焊接残余应力对关节套的结构强度有比较大的影响,改变关节套的结构尺寸可以减小应力集中,关节套厚度的增加对应力集中的改善作用明显,关节套宽度的增加对应力集中的改善作用较小.     

Φ3～Φ5 mm薄壁细管的矫直工艺参数

斜辊矫直作为管材生产的最后一道工序,为达到薄壁细管严苛的精度要求,最优矫直工艺参数的设定至关重要。为解决薄壁细管矫直的难点,以现有的十辊矫直机为基础,设计了十辊薄壁细管矫直的模型,并进行了工艺参数研究。利用有限元软件ABAQUS建立了薄壁细管材矫直的有限元模型,通过分析不同条件下矫直后管材的X、Y方向的直线偏差、径向偏差得出了适合薄壁细管的最佳压弯量及压扁量,以此拟合出公式。根据公式计算了两组不同情况下管材的工艺参数,通过仿真模拟及实验验证了公式的可靠性,为薄壁细管精密矫直机的开发制造提供了理论依据。     

薄壁铜管固定芯头拉拔和游动芯头拉拔的对比分析

为提高薄壁铜管拉拔后的成形质量,探讨不同拉拔工艺对薄壁铜管成形性能的影响,利用有限元软件MARC分别对两种拉拔成形工艺建立有限元模型,对比分析薄壁铜管固定芯头拉拔和游动芯头拉拔对拉拔力、铜管拉拔后等效应力、应变和残余应力的影响。结果表明:在相同工艺参数下,与固定芯头拉拔相比,游动芯头拉拔所需拉拔力明显更小,等效应力也相对更小,等效应变相等,残余应力在轴向和周向更小,且分布更均匀,在径向都趋近于0。在不考虑其他因素下,游动芯头拉拔更有助于提高薄壁铜管的产品质量。     

换热器管子与管板焊接接头残余应力数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,对换热器管子与管板焊接残余应力进行数值模拟,获得了焊接接头残余应力的分布规律,比较了伸出角接头和内角接头的优劣.计算结果表明,内角接头残余应力比伸出角接头小.最大径向应力出现在管板表面的热影响区,对管板表面裂纹有主要影响.最大环向应力出现在焊缝根部,对管子与管板连接失效影响较大.相邻两换热管之间,由于后面换热管的焊接加热作用,使前面管子焊缝局部应力值下降,有利于降低应力腐蚀开裂的敏感性.研究结果为优化换热器管子与管板的焊接工艺、控制残余应力提供了理论依据.     

埋入式BGA焊点可靠性和信号完整性优化

建立了埋入式微尺度球栅阵列(ball grid array, BGA)焊点有限元分析模型和三维电磁仿真模型,分别进行热循环加载分析和信号完整性分析. 选取焊点最大径向尺寸、焊点高度和焊盘直径作为设计变量,以焊点的热疲劳寿命和回波损耗最小为目标,利用正交试验和灰色关联分析相结合的方法对BGA焊点进行多目标优化设计,并通过试验对信号完整性优化结果进行了验证. 结果表明,优化后焊点最大等效应力下降了8.2%,在热疲劳寿命提高了2.15倍的同时回波损耗降低了11.8%,信号完整性试验验证了优化结果的有效性.     

Effect of tube size on electromagnetic tube bulging

The commercial finite code ANSYS was employed for the simulation of the electromagnetic tube bulging process. The finite element model and boundary conditions were thoroughly discussed. ANSYS/EMAG was used to model the time varying electromagnetic field in order to obtain the radial and axial magnetic pressure acting on the tube, The magnetic pressure was then used as boundary conditions to model the high velocity deformation of various length tube with ANSYS/LSDYNA. The time space distribution of magnetic pressure on various length tubes was presented. Effect of tube size on the distribution of radial magnetic pressure and axial magnetic pressure and high velocity deformafion were discussed. According to the radial magnetic pressure ratio of tube end to tube center and corresponding dimensionless length ratio of tube to coil, the free electromagnetic tube bulging was studied in classification. The calculated results show good agreements with practice.     

Manufacturing of an alumina liner-steel sleeve under high pressure and temperature

The finite element analysis for a tubular alumina liner, which was shrink-fitted into a heat-treated high-speed steel (HSS) sleeve and subjected to high internal pressure and high temperature, was performed. The parameters for the analysis were the interference between the alumina and the HSS, the temperature, the internal pressure, the coefficient of friction between the alumina, and the taper at the sleeve ends. From the analysis it was found that the tensile hoop stresses decreased when the end parts of the HSS sleeve were tapered or the coefficient of friction between the alumina and the HSS was decreased. Based on the analysis a prototype alumina liner-steel sleeve was manufactured, and it was found that the alumina might be used as the structural liner for high pressures and temperatures when it was shrink-fitted into a heat-treated HSS sleeve.     

多轴机床快速有限元建模与随位动态特性预估

针对多轴机床随位动态特性难以高效求解的问题,提出一种快速有限元建模方法。该方法先根据结合部建模方案对机床进行子结构划分与前处理,再用弹簧-阻尼单元表征子结构间结合部的连接特性,最后通过局部坐标变换调节各子结构在机床中的位置与姿态,从而完成整机的参数化有限元建模。运用所提方法,建立了某型五轴动梁龙门立式车铣复合机床的参数化有限元模型。该模型仅需单次有限元前处理,即可快速预估机床工作全域内不同位姿下的结构动态特性。预估了该机床前5阶固有频率以及0~150 Hz频带内刀尖点频响函数在工作全域内的分布规律,为机床结构动力修改与加工参数优选提供了力学依据。