铝厚板梯温剪切轧制变形研究

传统对称轧制工艺常造成铝厚板表面变形大和中心变形小的不均匀分布,阻碍了高性能厚铝板的生产。为解决此问题,结合异速比和梯度温度,采用梯温剪切轧制的新方法,分析该型式下铝厚板的变形分布特性,并对比了不同轧制型式下等效应变和剪切应变分布。结果表明,梯温剪切轧制中板中心点的变形明显大于对称轧制,变形均匀性显著提升。     

压下量对钢筋矫直系统力学性能的影响分析

以十一辊平行辊矫直机为原型,运用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立了钢筋矫直系统有限元模型;在理论压下量和实测压下量下,分别对3种不同直径的钢筋进行了动力学仿真分析,得到了钢筋在矫直过程中与矫直后的应力大小及分布情况;分析并比较了在理论压下量和实测压下量下,端面中心节点处与应力最大点处的弹塑性应变变化规律,找到了相对合理的压下量方案。该研究结果对掌握钢筋矫直过程的力学特性变化和提高矫直质量具有一定的参考价值和实际意义。     

MPM钢管连轧过程的热力耦合有限元分析

针对MPM钢管连轧过程特点,利用Marc有限元分析软件建立了三维热力耦合有限元模型,并对模拟结果:钢管出口形状、应力应变情况、轧制温度、机架轧制力进行了分析。结果表明:钢管外径和壁厚随着不用道次的进行而交替减小,最后趋于成品尺寸;钢管在辊底位置的等效应变最大,在辊缝处的等效应变最小;随轧制道次的递增,钢管内外表面的温度逐渐降低,而钢管内部温度先升高后降低。     

换热器板束矫直过程试验与数值研究

提高换热器板束加工后的平直度已成为板束加工中需要迫切解决的问题。采用数值模拟方法,对板束矫直机理和矫直效果进行研究。首先,构建换热器板束有限元仿真模型,通过矫直实验验证有限元模型的正确性;然后,通过有限元矫直过程的模拟,分析板束在矫直过程中各路径上的应力、应变分布规律;最后,对影响矫直效果的上辊压下量和板束初始弧高进行影响因素分析。结果表明：利用有限元法可以准确模拟实验矫直过程,板束矫直中各路径应力、应变分布呈现高低起伏的波浪形状态,且上辊压下量对板束矫直效果影响较大,选用压下量为0.2mm时的板束矫直效果最好。     

散热带轧波过程数值模拟及其圆弧偏心的研究

为了分析轧波过程中铝合金箔片的应力应变分布规律和散热带波峰(波谷)圆弧偏心的原因,以及得到准确的散热带波形。在有限元软件Ansys Workbench中,采用双线性随动硬化材料模型模拟轧波刀轧制铝合金散热带波形的过程,并在某型号的轧波机上进行了验证。研究结果表明:铝合金箔片在轧波过程中其应力变化为波浪状,应力曲线的每一个波峰与铝合金箔片的波峰(波谷)成形相对应;铝合金箔片形成波峰(波谷)后,其残余应力从波峰(波谷)顶点向两边递减,两边残余应力分布不对称,这是散热带波形圆弧偏心的原因;由于轧波刀具的啮合运动,使铝合金箔片在形成波峰(波谷)时,其塑性应变分阶段增加到最大值;软件分析的散热带模型和实际轧波后的散热带模型完全吻合,验证了本分析方法的正确性。     

6061-T6铝合金薄板剪切试件设计及动态剪切力学特性分析

车身结构影响了整车的碰撞安全性,其中车身承载部件在碰撞过程中主要表现为剪切失效,因此需要对车身材料的动态剪切力学特性展开研究。为了描述6061-T6铝合金材料在复杂工况下的力学特性,进行了准静态和动态力学性能试验。基于不同应力状态和应变率下铝合金力学性能的测试数据,标定了材料的本构模型和断裂模型参数,并通过对比试验与仿真结果验证了材料参数的准确性。为了实现拉伸试验机开展铝合金薄板剪切试验,设计四种形状的薄板剪切试件,采用数值模拟对比所设计剪切试件的应力及应变分布,并分析不同剪切应变率对6061-T6铝合金材料剪切力学特性的影响规律。结果表明：圆形开口对称试件适用于研究塑性变形阶段的失效断裂,而圆形开口偏置试件适用于研究弹性变形阶段的应力应变关系。在低剪切应变率范围内,6061-T6铝合金无显著的应变率强化效应,然而随着应变率的增加敏感性有所提高。     

弯辊力对Q345R/316L不锈钢复合板热轧成形影响研究

针对Q345R/316L不锈钢复合板真空热轧过程中弯辊力预设定问题,采用非线性有限元仿真软件MSC.Marc,建立不锈钢复合板轧制过程三维热-力耦合有限元模型,分别设定模型弯辊力为0 kN、300 kN、500 kN、800 kN四种边界条件,通过数值模拟研究了不同弯辊力作用下复合板宽度方向上的基板压下量、辊系弯曲变形以及半有载辊缝分布规律。分析了在不同弯辊力作用下界面应力应变的分布规律,根据界面结合状态判定条件,设定最佳弯辊力。结果表明:无弯辊力时板形呈现中部高边部低变化趋势,施加弯辊力时板形有了明显改善,并得出弯辊力最佳设定值为500 kN;在总变形量不变的条件下,随着弯辊力的增加,会促进基层和复层金属的变形,应力应变分布均匀,变形协调同性好,有利于复合板界面的结合。     

四辊轧机轧制因素影响磨损的有限元分析

轧制过程中,轧辊与被轧制金属材料之间接触应力较大,并承受周期性的应力应变。轧辊的表面特性会发生改变,产生磨损。轧辊与带钢之间的磨损会落破坏原始辊型,并直接影响板形控制精度及增加辊耗。对于轧制因素的调整,可以降低辊耗和节约生产成。首先分析了轧辊的磨损及影响因素,考虑轧辊辊系的弹塑性变形,基于有限元软件,建立了轧制力学模型以及四辊轧机有限元仿真模型。其次利用有限元法对轧辊的应力进行了仿真模拟,并从板宽、压下率等因素对工作辊磨损的影响,提出了降低轧辊失效的具体措施。     

四辊方管轧机机架有限元分析与结构改进研究

首先根据现有四辊方管轧机机架尺寸数据建立方管成型机组的三维模型,之后把工厂的生产经验和张力减径理论相结合确定机组各项工艺参数。应用显式动力学分析软件对三架方管轧机轧制过程进行仿真,求得钢管所受最大压力大小及出现的时间、位置,从而结合轧制力计算公式得到各架轧机所受轧制力范围。之后把最大轧制力导入有限元软件,对四辊轧机机架进行有限元分析,得到机架在最大轧制力作用下的应力应变分布规律,从而改进机架的薄弱结构,并把改进结果导入有限元软件中进行对比分析。最终在降低机架等效应力的同时,有效降低了机架的自重,且机架变形量增加很小。从而使机架性能得到改善,同时降低了生产成本。     

考虑锥向金属流动的大型锥形筒节轧制力计算模型

由于大型锥形筒节存在锥度,考虑金属沿锥向的流动,首先采用微分分层计算法和切块法建立了大型锥形筒节轧制力力学模型;然后基于ABAQUS有限元软件,建立了大型锥形筒节轧制过程仿真模型。模型计算结果和有限元仿真结果表明：力学模型计算轧制力与有限元计算总轧制力的相对误差在20%以内。对比分析了力学模型和有限元模拟计算单位轧制力的分布。通过分析芯辊和外辊的转速比,得出了所建力学模型的稳定轧制的适用范围。     

悬臂式柔性支撑柱面气膜密封力学性能研究

基于三维SolidWorks软件建立柱面气膜悬臂式柔性支撑结构模型,分析柔性支撑结构对柱面气膜密封结构稳定性的影响;采用单向流固耦合的仿真方法,研究悬臂支撑板厚度、支撑结构材料、悬臂支撑数量,以及气膜操作参数转速和压差,对悬臂式柔性支撑结构和浮环的最大变形、最大应力应变有影响。结果表明：随悬臂支撑板厚度增大,平均变形量和平均等效应力减小;随悬臂支撑板数量增加,最大变形量逐渐减小,最大等效应力先增大后减小;研究的铝合金、铍青铜、不锈钢及钛合金4种悬臂支撑板中,不锈钢材料悬臂支撑板的最大变形量最小,承受的最大等效应力最大;随着转速和压差的增加,悬臂支撑板最大变形量以及最大等效应力均逐渐增加。在研究范围内,柔性支撑结构可以减小浮环的变形量,浮环变形量小于最小气膜厚度,保证了密封结构稳定运行。     

环件热辗扩温度场和应变场分布的研究

基于DEFORM3D平台,建立了环件辗扩三维刚-塑性热力耦合有限元模型,模拟分析了热辗扩过程中温度场和应变场的分布特征及其对成形的影响规律。结果表明：随着辗扩过程的进行,环坯等效应变呈阶梯状上升,温度呈波浪式变化;环坯外圈等效应变最大,中层最小;变形初始外圈温度变化最大,随着辗扩过程的进行,中层温度逐渐上升,内圈始终最小;随着初始辗扩温度的升高,辗扩力明显下降,但变化趋势保持一致。     

Elastic-plastic analysis of the stress and strain distributions in asymmetric rolling

Asymmetric plane strain plate rolling is analysed numerically by using an elastic-viscoplastic finite-element method. The asymmetric conditions are here due to different interface friction conditions of the two rolls. Two sets of different interface friction conditions are used. The influence of the degree of reduction on the curvature of the rolled plate and the corresponding distributions of the stress and strain are examined. For the rolling parameters considered, the curvature of the plate is found to be towards the roll with highest friction. The largest curvature is obtained for the biggest difference in interface friction conditions. The curvature shows a change from increasing to decreasing curvature with increasing reduction followed by a change in the distribution of the strain.     

含缺陷铝合金厚板预拉伸断裂研究

由于材料中存在空洞等缺陷,铝合金厚板在预拉伸过程中易发生断裂,对拉伸设备造成损伤。基于GTN损伤本构方程,建立铝合金板预拉伸断裂模型。基于小试件拉伸断裂试验测试结合数值模拟,确定GTN损伤本构参数,对五种典型厚度铝合金板预拉伸断裂进行研究。计算铝合金板断裂过程中的应力应变及损伤变量的变化规律,并将表面位置和断裂截面位置处的各变量进行对比。结果表明,随着拉伸率的增大,铝合金板由平面应力状态变为应变集中,其部位由正中心位置向边缘偏移,空洞体积分数最大值也由正中心位置转移到应变集中处;随厚度增加断裂应变略有降低,且受初始空洞体积分数的影响较大。通过对不同厚度、不同拉伸率的铝合金板预拉伸分析,得到初始空洞体积分数和初始缺陷尺寸随厚度变化规律。     

Smart Crown轧辊轧制钨板过程有限元分析

针对传统轧制工艺轧制钨板过程中,轧辊易损坏、钨板轧废严重等现象,基于有限元分析软件,研究利用smert Crown轧辊轴向移动轧制钨板,根据要求设计了一款Smart Crown轧辊.从辊形、应力、应变以及磨损方面,分析钨板轧制情况,发现同等轧制条件下,Smaut Crown轧辊轴向移动轧制钨板的新工艺优于传统钨板轧制工...     

冷轧生产工艺对1100铝合金板塑性应变比与杯形件制耳率的影响

采用拉伸试验测定了三种不同冷轧工艺生产的1100铝合金板的塑性应变比,并通过各向异性分布函数对其进行了拟合处理;同时采用晶体取向分布函数(ODF)对其织构进行了检测,最后与拉深试验中的制耳率进行了对比,确定了合理冷轧生产工艺。结果表明:不同工艺生产的板材的拉伸性能表现出不同的各向异性,从而产生不同的制耳,其中尤以塑性应变比对制耳的影响最为明显;当冷轧生产工艺采用(550~580)℃×16 h中间退火时,通过改变织构组分及比例降低了板材的各向异性,满足了板材拉深杯形件对制耳率的要求。     

Different degree of reduction and sliding phenomenon study for three-dimensional hot rolling with sandwich flat strip

Symmetric rolling of 3D sandwich flat strips with thermal-elastic–plastic coupled model was studied under the assumption of an elastic roller and the condideration of heat transfer. Aluminum–copper sandwich flat strips were used in this study.The numerical model of symmetric rolling for 3D sandwich flat strip with thermal-elastic–plastic coupled model was developed based on the large deformation–large strain theory, the update Lagrangian formulation and the incremental principle. Besides, flow stress was considered as the function of strain, strain rate and temperature. The theoretical model of finite element method containing the two-order strain rate formulation acted as the basis for determining the convergence of simulation results.The contact surface between the aluminum and copper for the sandwich flat strip was also discussed. First of all, the contact face between the aluminum and copper was assumed that it would be fixed without sliding. Symmetric hot rolling of the aluminum and copper sandwich flat strip was analyzed. A slide criterion was then introduced to study the shear stress states of the contact face between aluminum and copper of sandwich strip, which was used to compare the relation between the maximum shear stress and the yielding shear stress on the contact face. If the maximum shear stress of aluminum or copper is smaller than the yielding stress of aluminum or copper respectively, sliding does not occur on the contact face. On the contrary, the sliding may occur on the contact face between aluminum and copper.Three different degrees of reduction were simulated in this study to analyze the states of shear stress on the upper aluminum strip and lower copper strip close to the contact face. Finally, it finds that the sliding on the contact face between aluminum and copper may occur around certain degree of reduction. The average rolling force of the simulation result was compared with experimental data [8] to verify the simulation results.     

AZ31镁合金热轧制工艺及数值模拟研究

针对AZ31镁合金平板的轧制过程进行试验研究,通过控制温度及不同道次的压下率等工艺条件,最终将36mm厚的镁合金铸锭,压制成厚度为1mm的板材.同时运用MSC.Marc软件,采用显式弹塑性有限元法对AZ31镁合金平板的轧制过程进行热-机耦合三维数值模拟.对轧件在轧制过程的金属流动、温度、应力及应变分布等特点进行分析,并与实际试验结果进行对比,验证了模拟结果的准确性.     

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。     

连续 ECAP 大应变的数值模拟研究

基于刚塑性有限元理论,采用有限元软件DEFORM-3D对5052铝合金连续ECAP(Equal Channel Angular Pressing)大应变成形过程进行了三维数值模拟研究,研究了工件的变形过程以及应变均匀性,温度的分布规律。模拟结果表明,金属变形剧烈部位主要集中模具的拐角区域,该区域的等效应变呈层状分布,而且变化梯度较大并且温度最高。模拟结果对实际生产具有很好的指导作用。