管材弯曲中应变中性层位移的分析

在管材弯曲变形系统研究中,为了进一步揭示管材弯曲的变形机理并促进管材精确弯曲和数字化弯曲技术的快速发展,利用板弯曲理论在平面应变条件下推导出弯管应变中性层半径和外侧管壁厚变薄量的近似计算公式,并且在考虑弯曲外侧管壁厚变薄的情况下分析弯管应变中性层沿半径方向的变化.根据应变中性层半径与弯曲半径之比小于1的关系,证明弯曲过程中应变中性层向弯曲中心移动.指出应变中性层的内移量与相对弯曲半径成反比.根据部分弯曲试验和有限元模拟结果的比较,证明管壁厚变薄计算相对准确,但由于忽略了垂直于弯曲平面方向的变形影响,且未计入材料性能参数而导致计算值偏大,有待进一步修正.     

薄壁管材弯曲变形理论分析

外侧壁厚变薄而出现裂纹以及内侧壁厚过度变厚出现失稳而起皱是管材弯曲加工中常见的缺陷,该缺陷的产生与管材的原始壁厚t0、相对弯曲半径R及管材的外径d0有关,从管材变形理论出发,推导了管材在弯曲过程中弯曲段外侧和内侧管壁厚度的变化大小的表达公式.     

管材无芯弯曲的最小相对弯曲半径

为了系统研究管材弯曲的变形实质,进行大量管材无芯弯曲试验.结合管材弯曲成形中外侧管壁材料切向受拉的变形现象,分别对可能发生的集中性拉伸失稳和分散性拉伸失稳变形进行分析.给出与管材力学性能相关,且受拉伸失稳约束的最小相对弯曲半径的计算公式,可用于工艺计算,并对管材弯曲成形设计和工艺分析具有一定的参考价值.通过相应的试验分析指出,由于管材制造所形成的残余应变使得材料在管型状态下所表现的力学性能有一定变化,因此管材弯曲作为二次塑性变形,其真实硬化模数及力学性能参数对弯曲过程中材料的失稳变形和最小相对弯曲半径的计算具有重要影响.     

管材弯曲时横截面畸变的试验及有限元分析

在管材弯曲变形试验的基础上,针对管材弯曲过程中的管横截面形状畸变进行有限元分析,模拟所得的变形趋势与试验结果基本吻合。通过分析指出,弯管横截面短轴变化率大于长轴变化率,与弯曲外侧管壁产生较大等效应变有关。另外,由于弯曲变形扩散,使得弯曲终止端的直管段部分产生了一定量的等效应变。     

加热弯管有限元分析

建立了加热弯管的数学模型,并系统的分析了加热弯管塑性加工的受力情况,推导出加热弯管弯曲时推力、弯矩、支撑力的5个计算公式,同时分析了加热弯管弯曲成形时管材截面的应力、应变及中性层的位置.通过对加热弯管弯曲成形变形的有限元分析,总结出加热弯管弯曲成形的变形特点,得出加热弯管弯曲成形不仅有助于改善变形区的应力分布,而且有助于防止变形时管材截面的畸变.指出了管材弯曲加工时所出现的缺陷是管材壁厚不均匀及其截面形状畸变引起的.     

数控弯管中芯棒对管壁厚减薄作用的有限元分析

通过对数控弯管过程的三维有限元模拟 ,获得了芯棒提前量、芯棒与管材间的间隙对管壁厚减薄的影响规律 :( 1)随着芯棒提前量的增大 ,管材壁厚减薄率增大。 ( 2 )当芯棒不提前时 ,随着管材与芯棒间间隙的增大 ,管材壁厚减薄率减小 ;当芯棒提前量在 0 .8E～ 1.2E范围时 ,随着管材与芯棒间间隙的增大 ,管材壁厚减薄率的变化趋势为先减小再增大     

大直径厚壁管中频感应局部加热弯管工艺研究

根据塑性理论和结构静力条件,对中频感应局部加热弯管过程的变形及受和状态进行系统的理论分析,建立新的理论模型,采用无量纲方法,计算得到在不同相对弯曲半径条件下弯管过程中塑性变形区的无量纲轴向推力和弯矩,弯管外侧壁厚减薄率和内侧壁厚增厚率等结果,与实验结构符合良好,证明该理论模型中用于中频感应局部加热弯管工艺及设备参数的设计及优化,并为小弯曲半径弯管理论的建立和工艺的实现提供依据。     

等壁厚螺杆泵定子的有限元分析

重点研究了等壁厚螺杆泵定子橡胶衬垫内轮廓线的变形规律,对其应力和应变分布情况作了辅助性分析;研究均匀内压作用情况下,考虑工作压差以及定子与转子的装配等所引起定子橡胶的变形和受力的变化.利用有限元分析软件Abaqus,对等壁厚螺杆泵定子进行研究,得出了螺杆泵定子在不同工况下的受力状态和变形规律,以及定子材料参数对变形规律的影响.利用此规律可对等壁厚螺杆泵进行优化设计,提高其工作效率.     

薄壁钢管弯曲模具设计

弯管在制冷、机械、化工等行业中的应用十分广泛,薄壁钢管弯管的批量生产,一般是在弯管机上冷弯成形,由于薄壁钢管管壁支撑失稳临界力较低,弯曲部位常出现瘪皱等变形缺陷。这些缺陷不但削弱钢管的强度,降低其承载能力,而且容易造成管内流动介质速度不均、产生涡流和弯曲部位积聚污垢等,影响弯管的正常使用,因此消除弯管缺陷成了弯管过程中最大难点,必须高度重视。一、薄壁钢管弯曲受力与变形分析薄壁钢管弯曲时,管子在外力作用下弯曲变形,其弯曲部分的外缘在拉应力作用下管壁变薄,而管子内缘在压应力作用下管壁增厚。由于在管子弯曲过程中,…     

薄壁管绕弯工艺参数对壁厚影响分析

为探究薄壁管绕弯加工中各工艺参数对管件壁厚的影响。结合正交试验设计,利用有限元软件DYNAFORM进行了管件绕弯过程仿真,对管件弯曲段外侧和内侧壁厚数据进行了极差分析和方差分析。芯棒伸出量和压模摩擦因素对管件弯曲段外侧减薄率有较大影响,其中芯棒伸出量对减薄率的影响具有显著性;防皱模与管件间隙、压模摩擦因素、压模与管件间隙、芯棒与管件间隙对弯曲段内侧增厚率影响较大,但所有工艺参数对内侧增厚率的影响均不具有显著性。优化参数后的试验表明:减小防皱模、压模、芯棒与管件的间隙及芯棒伸出量,适当增大压模及芯棒与管件的摩擦有助于薄壁管获得更高的壁厚质量。     

On‐axis versus off‐axis Transmission Kikuchi Diffraction technique: application to the characterisation of severe plastic deformation‐induced ultrafine‐grained microstructures

A new configuration for Transmission Kikuchi Diffraction (TKD) in a scanning electron microscope is presented; called ‘on‐axis TKD’. Compared to the usual off‐axis configuration, the scintillator is placed perpendicular to the incident beam under the electron‐transparent sample, not in vertical position. In this way, the setup benefits from intense forward scattered electrons enabling short acquisition times. At equivalent diffraction pattern quality, the electron dose needed on the sample is estimated to be 20 times lower in comparison to the off‐axis configuration. The technique is particularly suited to the characterisation of severe plastic deformation induced ultrafine grained microstructures. The evolution of the microstructure of an Al–Mg alloy deformed by high pressure tube twisting was analysed. It is shown that the grain refinement was in the steady state stage for a shear strain of 24 with a mean grain size of 120 nm.     

倾斜管件多道次缩径旋压成形的数值模拟及试验

以6061T1(退火态)铝合金为研究对象,以MSC.MARC软件为分析手段,采取有限元法对三维非轴对称倾斜管件多道次缩径旋压过程进行数值模拟,并利用网格圆及显微组织的变化从试验的角度验证模拟所得到的应变分布规律。结果表明,倾斜使得工件的应力应变呈不均匀分布规律;等效应力沿轴向呈分层分布的特点,在口部达到最大值;等效应变沿周向0°～180°域逐渐减小,在0°域存在最大值,180°域存在最小值;沿轴向从起旋处到口部,等效应变在0°域具有逐渐增大和在180°域具有逐渐减小的特征。由于返程旋压的明显增厚效应,多道次旋压时,工件变形中间部位壁厚增加。多道次缩径旋压时工件变形中间部位壁厚变化规律的试验结果与模拟结果的相对误差不大于10%,说明所建立的有限元模型是合理可靠的。在理论分析及试验研究的基础上,成功研制出倾斜类汽车排气歧管样件。     

形状记忆合金驱动薄壁圆管扭转变形分析 及试验研究

将预拉伸的形状记忆合金(Shap ememory alloy,简称SMA)丝作为驱动器,缠绕并粘贴在薄壁圆管表面。加热SMA,当其发生相变时,会产生很大的恢复力,驱动圆管发生扭转变形。建立了粘有SMA丝应变驱动器的薄壁圆管的力学模型,分析了一个温度循环中,薄壁圆管受SMA驱动发生的压扭复合变形,给出了薄壁圆管扭转角与激励温度之间的关系。同时通过试验对理论结果进行了验证。     

用中心管限位的椭球壳无模液压成形试验研究

理论与实践均证明,长短轴比大于2的椭球壳体在自由胀形时会在赤道附近起皱,其原因是由于存在纬向压应力。首次提出采用带中心管约束法整体无模胀形技术,对长短轴比为2的椭球壳体进行液压胀形试验研究,得到了椭球壳体胀形时应变分布及尺寸变化规律。试验结果表明：在中心管约束下的椭球壳体胀形可以较好地控制椭球轴长比。椭球状壳体在胀形过程中经历焊缝起皱凸起,后又在更高内压的作用下逐渐消皱的过程。塑性变形首先发生在赤道焊缝处,随后球瓣靠近南北极的部位也发生塑性变形,并由赤道和极板向温带区域扩展。用此方法所获得的壳体可以直接用于椭球形水塔。     

当量屈服强度法在双层管液压成形中的应用

当量屈服强度法在工程中广泛应用。双层管液压成形理论分析中,以内层管真实应力应变曲线的计算过程相当复杂,很难得到准确的解析解且难以满足工程的需要。在总结分析前人工作的基础上,提出了适用于双层管液压成形的当量屈服强度法,给出了确定当量屈服强度的具体步骤。研究结果表明：应用该方法能有效地提高理论计算的精度,与试验值符合良好,计算数据与试验值之间的最大误差为1.02％,为液压成形双层管的工业生产提供较为科学的依据。     

Failure modes during uniaxial deformation of magnesium alloy AZ31B tubes

This study examines magnesium alloy AZ31B circular tubing subject to uniaxial compressive loading and compares their performance to steel (ASTM A106 Grade B) and aluminium alloy AA6061T6 circular tubing at both low and high strain rates. Quasi-static tests were undertaken using a hydraulic testing machine for a range of tube lengths and thicknesses for tubes with an outside diameter of approximately 48 mm. To examine the effects of higher strain rate, a drop test rig was used. It was found that magnesium alloy AZ31B outperforms both the steel and aluminium alloys in terms of energy absorption for equivalent mass when subject to uniaxial compressive loads for the thicker sections. This is further enhanced by alloy AZ31B’s strain rate sensitivity, as there is a dramatic increase in the energy absorption at higher strain rates. However, the AZ31B tubes usually fail by fracturing, which generally involves a shear fracture mode, unlike the aluminium and steel tubes, which generally retained their structural integrity to a higher degree. The greatest energy absorption was obtained when the AZ31B failed via fine sharding. This failure mode appeared to be related to the presence of micro-cracks on the surface of the section obtained by overheating during extrusion. At higher strain rates, much greater plasticity and compaction are present in the fracture modes for the thicker AZ31B tubing. Some of the fracture modes have been discussed and the failure/fracture modes are compared with a typical aluminium alloy tube failure mode classification chart.     

N2分子二聚物在352.3 nm处增益特性研究

利用微波放电激励高纯氮,并采用放大自发辐射法,研究了不同微波激励功率和不同N₂气压条件下N₂分子二聚物352.3nm辐射的增益特性。给出了沿放电管轴线N₂分子二聚物352.3nm辐射的小信号增益系数随微波激励功率和充入放电管N₂气压变化的规律。研究结果表明当微波功率大于100W时,充入N₂气压在330~1 800Pa范围内,N₂分子二聚物在352.3nm处存在受激辐射特性。当微波功率为500W,充入放电管的N₂气压为1 100Pa时,N₂分子二聚物352.3nm辐射的小信号增益系数最大为1.08%cm^-1。另外,还给出了N₂分子二聚物352.3nm辐射增益沿放电管径向分布情况。 N₂分子二聚物352.3nm辐射的增益系数在放电管中心最小,接近管壁时最大。     

一种新型的数字积分圆弧插补方法的研究

传统的数字积分法(DDA法)在圆弧插补时存在插补误差≥1个脉冲当量,沿各轴脉冲输出不均匀,且插补速度较低.为克服这一问题,基于DDA法插补原理,采用一种非对称式的加载方法把积分累加器中的数值增大.即将圆弧起始点所在轴方向进给的积分累加器赋初值为≥该方向最大增量值的2/3的最小整数,而在另外一根轴方向进给的积分累加器赋初值为≤该方向最大增量值的1/2的最大整数.结果表明,在x轴、y轴采用非对称式加载后,x轴、y轴的插补误差由半加载时的超过0.88个脉冲当量,减为小于0.7个脉冲当量,且使x轴、y轴脉冲分配较均匀.插补算法难度没有提高,但插补次数明显减少,插补速度提高.     

筒形件强力旋压有限元模拟研究

筒形件强力旋压是一种连续的局部复杂变形过程。采用动态显式有限元程序LS-DY-NA3D对筒形件强力旋压进行了三维有限元模拟,对有限元建模关键问题进行了研究,通过试验验证了有限元模型的合理性。以旋压力和最大等效应力为研究对象,研究了工艺参数和模型参数对模拟结果的影响。模拟结果和实验结果具有较好的一致性。