双辊连续铸轧过程中轧制界面接触压力切块法建模与数值模拟

铸轧区可分为冷却区，铸造区和轧制区3个物理区。利用切块法分别推导出了铸造获轧制区变形过程静力平衡微分方程。在温度分布线性假设的基础上建立了轧制区变形抗力的简化模型，并在铸造区变形抗力的模型中引入了固相百分数来表征固态金属对变形抗力的影响。对铸造区利用龙格－库塔法对微分方程进行数值求解，而对轧制区则根据混合摩擦条件求出微分方程的解析解，从而建立了铸轧区轧制压力模型，利用该模型对轧制压力进行数值计算，计算结果与实测数据相吻合。     

双辊铸轧薄带工艺参数的计算机分析和模拟

在双辊铸轧薄带过程中最关键的是工艺参数的合适确定。通过Visual Basic程序语言，动态模拟了铸轧过程中几个重要的工艺参数，对实际生产具有重要的参考价值。     

基于单元生死焊接温度场应力场模拟研究

在用有限元进行焊接温度场的数值计算中，通过“控制单元的生死”来模拟焊缝的形成和焊接热量的输入，利用计算结果对焊接结构的温度场及残余应力进行分析，模拟结果与实测结果吻合较好，表明本计算方法能够准确计算焊接温度场，是一种实用的工程计算方法，对于优化焊接工艺设计具有较好的指导作用。     

基于有限单元法的液体晃荡数值模拟

利用位移格式的有限单元法研究液体晃荡行为。对二维刚性边界条件和三维弹性边界条件矩形储液容器液体晃荡进行分析。得到液体晃荡固有频率、自由液面瞬时高度和自由液面高度时间历程曲线等。二维刚性边界条件的结果与线性解析解具有很好的一致性,验证了有限单元法的适用性。在弹性边界条件下给出了自由液面瞬时高度、自由液面高度时间历程曲线和弹性容器的等效应力,反映了液体晃荡对弹性容器的影响。突出了基于位移格式的有限单元法在处理弹性边界条件液体晃荡问题的优势。     

双辊铸轧薄带钢侧封板材料评价及热应力有限元模拟

通过对双辊铸轧薄带钢工艺中侧封技术的研究,分析了侧封板产生损耗和破碎的原因,并采用两种侧封板结构整体式和组合式进行了试验研究;试验证明组合式侧封板对提高铸轧过程稳定性和改善侧封板的使用寿命具有良好效果。通过不同钢种的薄带铸轧试验对侧封板的腐蚀情况进行了研究,同时采用了不同材质耐火材料制作的侧封板进行了对比分析,得出氧化锆质侧封板综合性能最好。采用ANSYS有限元分析软件,分析了侧封板在铸轧过程中温度场和热应力场,由此解释侧封板产生裂纹的原因。     

基于ANSYS APDL的堆焊热过程数值模拟

结合课题研究需要，本文建立了适当的有限元计算模型，利用ANSYS软件的APDL语言编写了程序，解决了呈高斯函数分布且移动的焊接热源的施加，实现了焊接温度场的三维动态模拟。     

双辊铸轧对热轧Mg-5.45%Al-1.36%Si镁合金板组织和性能的影响

利用双辊铸轧法成功铸轧出了5 mm厚的Mg-5.45%Al-1.36%Si共晶镁合金板,研究了镁合金铸轧板的组织及其对后续热轧镁合金板组织及性能的影响。结果表明:镁合金铸轧板的显微组织均匀,基本为细小的枝晶,明显优于普通铸造组织;再热轧后,板材的再结晶程度、晶粒细化效果、抗拉强度随着热轧压下率的增加而提高。     

膜式壁管屏焊接温度场及应力场数值模拟

在膜式壁管屏焊接过程中,焊接应力和焊接变形在一定条件下会影响管屏的焊接质量和功能,因此对焊接变形的有效预测是管屏生产制造中必须考虑的问题。利用ANSYS软件的生死单元技术,对膜式壁管屏焊接过程进行数值模拟,分析管屏在温度场和应力场下的变化情况,其结果和实验结果相吻合,验证了数值模拟的可靠性。通过管屏焊接变形分析指导管屏焊机的设计,对焊机上下滚轮节距进行尺寸补偿,保证焊后管屏尺寸达到焊接技术条件,提高管屏焊接质量。     

基于离散单元法的铝粉冲击加载过程三维数值模拟

基于离散单元法原理,应用三维离散元软件PFC3D对金属粉末的冲击加载过程进行了模拟,利用分离式霍普金森压杆实验验证了模拟结果。对压制过程中颗粒的运动情况进行了初步研究分析,发现颗粒的速度分布形状为不规则弧形,并存在分布梯度。刚受到冲击时,颗粒以横向移动为主进行重排,随着颗粒速度的增加,颗粒的运动方向逐渐向下偏移,以此规律,逐步传递。上部颗粒的垂直下移与下部颗粒的横向重排是颗粒间产生剪切的主要原因。     

前轴精制坯辊锻成形过程的数值模拟

以刚塑性有限元法为基础，利用Deform-3D软件对汽车前轴精制坯辊锻过程进行三维刚塑性有限元模拟。揭示了前轴辊锻变形过程中金属的流动规律，分析了辊锻成形过程中各道次辊压所造成坯料各部位的应变分布情况，以及三道次辊锻过程中模具的受载情况，从而为前轴辊锻制坯工艺及模具设计提供了可靠的理论依据。     

微张力减径过程热力耦合有限元模拟

根据某厂十机架微张力减径机组轧制工艺,采用大变形弹塑性有限元法建立了管坯连轧三维热力耦合计算模型,并对实际工艺过程进行数值计算,得到了连轧过程中轧件的温度场、应变场和应力场分布规律。基于计算结果,分析了管坯壁厚分布规律、机架力能参数分布。所得结果与现场设定、实测结果吻合良好,表明了该计算模型的有效性。该模型可为现场张力减径工艺过程离线分析提供有力帮助。     

内圆磨削过程的有限元数值模拟

针对现有磨削零件的热损伤,以圆环内圆磨削为例,基于有限元分析方法,采用命令流方式建立了圆环传热的二维有限元分析模型,对磨削温度场、热变形过程进行了模拟仿真。计算结果得到工件的温度场基本上呈环状分布,周向基本均匀,磨削内圆进入了垫}生状态,磨削内圆时的热变形基本是对称的。分析结果合理可行,为实际切削奠定理论基础。     

Finite Element Numerical Simulation and PIV Measurement of Flow Field inside Metering-in Spool Valve

The finite element method (FEM) and particle image velocimetry (PIV) technique are utilized to get the flow field along the inlet passage, the chamber, the metering port and the outlet passage of spool valve at three different valve openings. For FEM numerical simulation, the stream function ψ -vorticity ω forms of continuity and Navier-Stokes equations are employed and FEM is applied to discrete the equations. Homemade simulation codes are executed to compute the values of stream function and vorticity at each node in the flow domain, then according to the correlation between stream function and velocity components, the velocity vectors of the whole field are calculated. For PIV experiment, pulse Nd: YAG laser is exploited to generate laser beam, cylindrical and spherical lenses are combined each other to produce 1.0 mm thickness laser sheet to illuminate the object plane, Polystyrene spherical particle with diameter of 30-50 μm is seeded in the fluid as a tracing particles, Kodak ES1.0 CCD camera is employed to capture the images of interested, the images are processed with fast Fourier transform (FFT) cross-correlation algorithm and the processing results is displayed. Both results of numerical simulation and PIV experimental show that there are three main areas in the spool valve where vortex is formed.Numerical results also indicate that the valve opening have some effects on the flow structure of the valve. The investigation is helpful for qualitatively analyzing the energy loss, noise generating, steady state flow forces and even designing the geometry structure and flow passage.     

高速冷滚打成形过程的有限元数值模拟

通过对高速冷滚打成形原理进行分析,利用有限元软件Abaqus对LY12铝合金高速冷滚打成形过程进行数值模拟;计算了成形过程中的变形击打力;并利用自行设计的试验装置进行了连续成形过程中变形击打力的试验验证。结果表明:高速冷打滚成形的数值模拟结果与实际试验结果基本一致,验证了数值模拟的有效性,为进一步深入研究高速冷滚打成形技术奠定了理论及应用基础。     

AZ31镁合金在不同温度场挤压中的数值模拟

在试验基础上，采用有限元方法对AZ31镁合金在不同温度场中的挤压成形过程进行了数值模拟，详细分析了各种工艺参数对挤压中变形载荷、应变分布和温度场分布等的影响。结果表明：不同挤压条件下的挤压力模拟值与实测值相对误差小于10％，模拟结果与实际值比较接近；即使坯料和模具不加热，坯料挤出时的温度都达到了340℃以上；在坯料为常温、模具为300℃时的情况下，挤压力开始时较大，接近于常温变形时的挤压力，但随后挤压力下降；随摩擦因数增大挤压力有明显增加。坯料为常温时，随模具温度增加，挤压力开始变化不大，但当超过100℃后有明显下降。     

轴承钢环坯铸造工艺数值模拟与优化设计

利用环形铸坯直接辗扩成形是一种高效、节能的环件生产工艺,环坯的铸造工艺是保证辗扩成形质量的关键。利用Procast软件对42CrMo大型轴承环件的砂型铸造工艺进行了数值模拟,分析了凝固过程和产生缺陷的原因,在此基础上,采取改变浇注系统、增大冒口尺寸、增加冷铁及气孔等措施,优化铸造工艺,消除了铸件缩孔、缩松等缺陷,实现了内部组织致密。优化工艺的模拟分析结果与实验生产结果相吻合,在保证铸件质量的前提下,节约了金属材料,降低了成本,缩短了工期,提高了生产效率。     

基于近似因子分解法的铸造充型过程数值模拟研究

目前求解流动过程中速度场、压力场最常用的方法是SOLA法,在求解过程中由于需要在连续性方程、动量方程间反复迭代,所以计算效率不高。采用近似因子分解法进行速度场、压力场求解,由于在求解过程中每一步均可采用托马斯算法求解三对角方程,所以计算简单,可有效提高计算效率。最终建立了基于有限差分法的流动场数值模拟程序,并针对Benchmark件进行了充型过程流动场数值模拟,通过对比模拟结果与实验结果,验证了计算模型的正确性。     

大型半开放式压铸温度场与应力场的数值模拟研究

采用有限元方法分析了大型半开放式压铸件,在凝固过程中的温度场以及由此产生的热应力场,用有限元软件ANSYS进行数值模拟,选取了实际生产中容易出现裂纹的部位进行了重点分析,得出了该位置温度分布及热应力分布的变化情况,并给出了计算结果。以此为依据,对铸件在实际生产过程中可能会出现的缺陷进行分析和预测,进而优化加工工艺,减少废品率,对铸造系统的结构设计、加工工艺等具有一定的指导意义。     

分段多点成形过程有限元数值模拟关键技术研究

分段多点成形是一种新的大型板材成形方法，对该成形过程进行数值模拟是预测成形缺陷、分析成形质量的有效手段。提出利用动力显式算法分析板料成形过程，利用静力隐式算法分析回弹过程，从而为分段多点成形过程的多工步数值模拟提供了一个可行的解决方案。对其中的一些关键技术的实现进行了研究，提出了相应的解决方法并通过实例证实了其有效性。     

喷丸强化过程的有限元和离散元模拟

利用有限元法建立喷丸强化过程中单/多颗弹丸连续撞击靶材的数值分析模型,对于单弹丸撞击情况,探讨了弹丸参数(速度和角度)对靶材中残余应力场的影响,对于双弹丸连续撞击情况,探讨了第二颗弹丸速度对靶材中残余应力场的影响;建立了模拟喷丸强化过程的三维离散元模型并进行了数值试验研究,分析了喷丸强化过程的工艺参数(质量流速、初始速度、喷嘴攻角等)对颗粒流中弹丸间相互碰撞的影响;结合有限元和离散元计算结果,提出对喷丸强化工艺参数进行优化控制,提高喷丸强化的加工工艺水平,以实现更好的强化效果.