金属板材拉深过程的数值模拟研究

针对金属板料拉深过程中材料变形十分复杂的问题,建立了适合钢板拉深过程的三维有限元模型,采用所建立的有限元模型对板料拉深过程进行了数值模拟研究,研究了板料拉深过程中的变形情况,并对拉深过程中冲压力和金属板料的应力分布进行了分析。数值模拟结果与实际拉深过程中材料的变形过程一致,验证了三维有限元模型的正确性。     

带预制孔冲压件的临界变形机理研究

研究带预制孔冲压件拉深成形中预制孔径对成形的影响。建立了翻边极限理论模型,对典型尺寸零件的计算结果与实验误差为13.97%,由此验证了理论模型的准确性,此外,建立了翻边和拉深成形的广义有限元模型,通过对不同压边力极限翻边预制孔径拉深成形的计算,可知,压边力较小时在翻边之初存在较小的拉深变形,通过对不同小于极限翻边预制孔径拉深成形进行了计算,可知,预制孔在拉深之初存在较小的翻边变形。探究的变形规律可为冲压工艺控制提供了方法和依据。     

基于深度强化学习与有限元仿真集成的拉深成形控制

金属板材拉深过程中的压边力是决定成品质量的关键参数,传统压边力控制方法往往需要对高度非线性的拉深过程进行建模,导致其控制结果与实际存在较大偏差。提出一种基于深度强化学习与有限元仿真集成的金属板材拉深过程控制模型,利用深度神经网络强大的预测能力来提取拉深加工过程中的状态信息并进行可靠预测,结合强化学习的决策能力来进行压边力控制策略的学习优化,避免了精确系统动力学模型的拟合以及先验知识的获取。同时,针对板材拉深加工中常见的拉裂质量缺陷与起皱质量缺陷,建立拉深成形性能评价函数,为深度强化学习提供回报信号来指导学习过程,并利用有限元仿真构成深度强化学习的环境模型。试验表明,深度强化学习模型能够有效地进行压边力控制策略优化,有效提高产品质量。所提出的压边力控制模型利用无模型的深度强化学习,能避免拉深过程的系统模型拟合,可提高压边力控制策略的控制效果,同时结合循环神经网络能解决板材拉深加工过程中的部分可观察性问题。     

汽车横梁拉深成形的有限元分析

建立了汽车横梁拉深的有限元三维模型，对其拉深成形过程进行了数值模拟，并与实验结果对比分析，说明数值模拟方法的可行性。在此基础上讨论了摩擦润滑条件、压边力和凸模的虚拟冲压速度对板料拉深过程的影响。通过有限元模拟分析方法得到最佳压边力数值，然后通过综合分析数值模拟结果和拉深实验结果确定了实际拉深过程中的最佳压边力。结果表明，在实际拉深过程中要尽量减小模具和板料的摩擦；在模拟拉深成形时，当虚拟冲压速度大于一定值时，会使模拟结果严重失真，因此，汽车横梁拉深数值模拟时最大虚拟冲压速度不要大于2000mm／s。     

带有厚度与筒体不相等半球形封头热套高压容器强度研究

本文对一台内直径为１０００ｍｍ、设计压力为３１．４ＭＰａ的带有厚度与筒体不相等半球形封头热套高压容器进行了强度研究,建立了综合考虑半球形封头成形过程中的厚度变化和加强箍与半球形封头贴合质量的有限元应力分析模型,应力计算值和实测值相当吻合,连接接头处没有显著的应力集中现象,加强箍与半球形封头之间圆柱面的贴合质量对容器应力的影响很小,制造时应严格控制锥面的贴合质量。     

大容积全多层高压储氢容器封头和筒体连接结构强度研究

以自主研制的75 MPa,2.5 m3大容积全多层高压储氢容器为对象,开展了封头和筒体连接结构强度试验研究,得到了加强箍、封头及其连接部位应力随容器内压力的变化情况。建立了精度较高的大容积全多层高压储氢容器封头和筒体连接结构弹塑性有限元分析模型。基于该模型,对封头和筒体连接结构在容器超压过程中的变形特征,及封头与加强箍配合面形成裂纹尖端在多次加载时的稳定性进行了分析,验证了加强箍结构设计方法的合理性。     

复杂型面板料冲压件快速成形方法研究

探讨了具有复杂型面的大型板料冲压件数值模拟有限元建模过程中的一些关键技术问题,包括离散三坐标扫描点的拟合和光顺、CAD模型的网格划分和有限元建模等内容。研究了板料拉深成形压边力控制系统,设计了液压控制系统。该系统可以安装在压力机上,实现压边力的合理调控,避免拉深失稳并加快复杂型面的大型板料冲压件的生产速度。把板料冲压件成形数值模拟分析方法和变压边力控制技术相结合,可实现复杂型面板料冲压件的快速成形并可提高成形件质量。     

典型拉深件成形过程数值模拟的快速建模

在板料成形过程中应用有限元技术,能够有效地帮助设计人员提早发现成形过程中的不足,从而提高设计工艺。但在实际操作中,拉深工艺参数的试算和有限元模型的建立仍然采用人工一步步操作,耗费了大量时间。针对上述问题,利用有限元前后处理软件MSC.Patran,对MSC.Dytran建模进行了二次开发,实现了对典型零件拉深工艺参数的自动计算和有限元模型的自动创建。二次开发系统自动生成的有限元模型可直接用MSC.Dytran分析计算。实例验证该系统能够大大提高工艺方案设计的效率。     

数值模拟技术在拉深模具设计中的应用

分析了盒形件拉深成形工艺特点,建立了盒形件拉深成形的三维有限元模型,并对其进行了冲压数值模拟。针对盒形零件拉深成形实例,应用数值模拟方法辅助模具设计以及进行了拉深工艺的改进。研究结果表明,应用数值模拟技术能有效减少拉深模具设计计算量,从而提高模具设计效率。     

带夹套平板封头弹塑性有限元分析及优化

以带夹套平板封头为研究对象,建立了全实体结构、体-壳连接结构以及全壳结构的有限元模型,通过弹塑性有限元分析,得到了结构的应力和变形,并对不同建模方法的结果进行了比较,发现体-壳连接模型具有计算精度高、时间短的优点。应用分析设计方法并基于最优化理论对封头面板厚度进行优化设计,给出了最佳面板厚度。该研究对此类带夹套平板封头强度的设计具有一定的参考价值。     

大口径、厚壁不锈钢球形封头衬里冲压成形及回弹过程的数值模拟及试验研究

综合运用三维动态显示有限元程序LS—DYNA3D和静态隐式有限元程序ANSYS，模拟了大口径、厚壁球形封头衬里冲压加工多次成形及其卸载回弹的全过程，然后进行了回弹量的预测与计算。所用模拟方法为设计不锈钢球形封头衬里的多次冷冲压加工工艺方案提供了有效的理论依据。最后进行了验证实验，试验结果与模拟结果吻合，证明了所用方法的有效性。     

角度误差下管路连接结构装配及其对密封的影响

基于螺栓预紧力公式推导管路连接结构扭拉关系公式,建立管路连接结构有限元模型,对复合管路连接结构扭矩与预紧力关系进行仿真求解和理论计算。所建立的管路连接结构仿真模型计算结果与理论公式计算结果相对误差较小,验证了有限元模型的有效性。在复合管路连接结构拧紧模型的基础上,研究安装角度偏差对拧紧过程和密封性能的影响规律。研究结果表明：存在角度偏差时拧紧过程分为非线性贴合阶段和线性拧紧阶段;随着角度偏差的增大密封环宽度不断减小,且大球头密封环宽度减小速度大于小球头;随着角度偏差的增大,复合管路连接结构预紧力不断降低,装配无法达到预期效果。     

玻璃器皿压制成型的建模与仿真

玻璃器皿的压制成型过程是一个非常复杂的热力耦合弹塑性变形过程,其具有材料非线性和几何非线性的大变形特征。在对玻璃材料进行了传热分析以及受力分析等理论分析的基础上,利用专业有限元CFD软件GAMBIT进行有限元建模;利用POLYFLOW对玻璃器皿压制过程中的温度场、应力场进行有限元数值模拟,得到玻璃熔体和凸凹模的温度分布及应力分布图;最后利用FIELD-VIEWER显示模拟结果,并结合实际对其结果进行分析,以期为优化产品及模具的设计、提高产品的质量提供参考和指导。     

超静定并联式六维力传感器动力学

提出了一种新型的基于Stewart平台的超静定并联式六维力传感器结构,并对其进行了动力学理论分析和有限元仿真研究.描述了该传感器相对于经典Stewart平台六维力传感器所具有的结构特点;利用有限元法,采用位移协调和力平衡条件建立了传感器弹性动力学理论模型,依此模型进行数值分析,绘制了固有频率与各结构参数间变化关系曲线;并利用ANSYS软件建立了传感器有限元模型,进行了振动模态分析,得到其固有频率和振型.研究内容为深入开展六维力传感器的弹性动力学分析与综合及动态优化设计奠定了基础.     

摆碾铆接过程数值模拟分析

应用DEFORM-3D有限元分析软件建立碾压铆接有限元模型,对摆碾铆接工艺过程进行数值模拟。分析了其成形过程的三个阶段、应力应变和行程载荷曲线的变化趋势,结果表明最大应力应变都集中在铆钉头部边缘区,边缘区点最先受到旋压力开始变形,最早发生屈服现象并进入弹塑性变形阶段;铆钉在相同行程下达到相同的成形效果时,碾压铆接需要的载荷要远远低于传统铆接的载荷。最后分析了影响碾压铆接质量的几个核心因素,如铆头速度、铆头倾斜角度等,为有效地进行碾压铆接工艺研究提了供理论依据。     

碳纤维带状弹簧的特性计算及实验

针对空间展开机构轻量化、小型化、简单化等的发展需求,通过理论分析实例设计了碳纤维带状弹簧,并结合有限元模拟及实验对其屈曲特性进行了研究。首先,根据薄壳弯曲理论推导了各向异性材料下碳纤维带状弹簧的弯矩计算公式,并分析了影响其屈曲特性的敏感参数;然后,针对工程需要进行了单根碳纤维带状弹簧的实例设计,并建立了其有限元分析模型,得出了其弯矩-转角曲线;最后,加工出了碳纤维带状弹簧实物并对其屈曲过程进行了实验研究。结果表明:实验测得的该碳纤维带状弹簧的临界弯矩值为1 237.6Nmm,与理论分析及有限元模拟结果符合的较好,最大误差为8.7%,验证了理论分析及有限元模拟的准确性及一致性,为之后碳纤维带状弹簧的设计及应用提供了理论依据及技术支持。     

基于DEFORM-3D的花键成形分析

基于刚塑性有限元法基本理论,并借助于通用三维有限元分析软件DEFORM-3D建立了花键冷滚压成形全过程三维动态有限元模型,对花键冷滚压成形过程进行了有限元模拟分析。揭示了花键冷滚压成形过程的等效应力、等效应变的分布情况和金属流动规律,从而为花键冷滚压成形工艺研究提供理论依据。     

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。     

盾构刀盘的数值模拟

盾构法是一项复杂的技术,在隧道施工中,通过位于盾构机最前端刀盘上刀具对前方的土体进行切削来完成掘进开挖的任务,因此盾构刀盘的强度设计十分重要。利用有限元软件ANSYS建立了盾构刀盘和刀具的有限元模型进行数值模拟,模拟了在不同工况及不同设计方案下刀盘和刀具的受力状态,包括:改变刀盘钢板的厚度、改变刀盘和牛腿之间的夹角以及在刀盘上施加偏载等。通过以上情况的模拟为盾构刀盘刀具优化结构设计提供参考依据。     

金属陶瓷可转位刀片的有限元分析

采用有限元法，建立金属陶瓷可转位刀片复杂结构的三维有限元模型，加载求解，进行位移场和应力场分析，计算出刀具的最大位移、应力、应变等，以进行金属陶瓷可转位刀具的抗弯强度和抗压强度校核，可有利于对切削过程中的力学特性进行深入研究，为金属陶瓷可转位刀具的设计提供理论基础。