数值模拟技术在微成形研究中的应用

微成形技术具备高生产效率、高材料利用率和优异的成形质量,是一种极具发展前景的高精度加工技术。数值模拟技术作为一种先进的研究手段,可以在塑性加工中对材料的变形和工艺可行性等进行评估和预测,达到节约生产成本、缩短研发周期的作用。主要综述了数值模拟技术在微成形研究中的典型应用。介绍了数值模拟技术在研究材料性质和材料变形方面的应用,包括利用Voronoi方法和晶体塑性方法建立金属多晶体模型,研究了微成形过程中材料的变形机制和尺寸效应,建立了材料摩擦函数、构建了零件粗糙表面,研究了微成形过程中的摩擦行为;将晶粒大小、晶体取向与板料模型相关联,研究了微成形过程中薄板的回弹行为和成形极限。除此之外,也介绍了近年来微成形领域的许多新成形技术,如激光辅助微成形、水射流增量微成形、超声辅助微成形,以及数值模拟方法在这些新微成形技术方面的应用。最后,总结了数值模拟技术在微成形研究中所起的作用,并展望了该领域的未来发展趋势。     

数值模拟在枪机框锻件生产中质量控制的应用

为了提高某机械产品质量、尺寸稳定性,通过对枪机框锻件成形过程的分析和研究,对改进后的锻件状态采用Deform 3D有限元模拟软件进行数值模拟成形分析,确定锻件成形的最佳材料规格大小,预测锻件是否产生缺陷,为生产中质量过程控制与合格率提供指导。     

TC11钛合金压气机盘闭模锻造过程中的缺陷预测

TC11钛合金压气机盘在实际生产中存在各种缺陷,降低了压气机盘的使用性能.将基于试验数据建立的TC11钛合金高温塑性变形时的延性损伤演化模型以及本构模型与有限元相结合,对某TC11钛合金压气机盘等温闭模锻造过程中的温度、等效应变和损伤变量的分布进行了数值分析,同时预测了塑性失稳区的位置.为优化其成形工艺提供了一种有效的方法.     

材料成形计算机模拟的研究现状及展望

综述了计算机模拟在材料液态成形、塑性成形、连接成形加工中的应用和模拟方法、研究现状,并分析与展望了其发展趋势。     

有限元方法在金属塑性成形中的应用

有限元法是应用于金属塑性成形数值模拟中的一种有效的数值计算方法.详细介绍了弹塑性、刚塑性、粘塑性3种有限元法.刚塑性有限元法适用于大塑性变形,包括板带、型钢轧制和环件轧制的模拟分析等.弹塑性有限元法在金属塑性成形数值模拟中应用最广.与刚塑性方法相比,弹塑性有限元法还能有效处理卸载问题,计算残余应力和应变.而粘塑性有限元法适用于金属热变形或强化不显著的软金属变形.同时,结合国内外最新的具体实例说明了这些方法在金属塑性成形领域中的具体应用,展望了有限元方法在金属塑性成形中的发展.     

变形镁合金板成形工艺研究现状

综述了影响镁合金板成形性能的主要因素、先进成形工艺及有限元技术在镁合金板成形中的应用现状,指出开展变形镁合金板成形性能的实验研究,建立其数学模型,并结合塑性有限元技术开展对镁合金板成形工艺的数值模拟分析及优化,有利于变形镁合金的推广应用.     

镁合金塑性成形性能实验与数值模拟研究

对ME20M镁合金板料进行了热拉深成形性能实验与数值模拟.研究表明,ME20M镁板热拉深成形极限高度随实验参数的不同而不同,其塑性成形性能随温度的升高明显改善;数值模拟可以很好地预测不同实验参数下镁合金板料热拉深成形极限的高度.对热拉深成形件传力区部位进行金相实验得知,合理控制热拉深实验参数能保证镁合金塑性成形件微观组织,进而保证成形件质量.     

韧性断裂准则在高强钢板料成形中的应用

 针对板料成形中的韧性断裂准则预测成形极限的方法,进行了综述和分析,提出了利用韧性断裂准则能够较好地预测塑性差的板料成形极限,而且还能考虑应变路径的变化．将Cockroft和Latham准则应用到高强度钢板DP590的成形预测中．对高强钢DP590进行了单向拉伸试验,获得了相应的物性参数．同时对该高强钢进行了方盒件成形试验,并进行了相应的有限元模拟．通过对高强钢的极限试验,利用有限元模拟获得了该材料的Cockroft和Latham准则常数．最后利用该常数对方盒件的拉深过程进行了缺陷的预测,模拟结果和试验结果完全吻合．表明韧性断裂准则是可以应用到高强度钢板的成形中的．     

气动控制单元支架背压成形工艺研究及数值模拟分析

目的背压成形工艺是一种能够控制材料塑性流动的流动控制技术,研究背压工艺在气动控制单元支架零件成形中的可行性。方法针对支架零件特殊结构设计工艺方案,结合有限元数值模拟技术,利用DEFORM-3D软件,模拟分析了支架零件的背压成形过程,获得了成形过程中的等效应力分布状态及成形载荷的变化情况。结果通过模拟结果及工艺试验结果显示,零件下端薄壁状支脚充填效果较好,两端高度一致,端面平整。结论验证了背压工艺在支架零件成形中的可行性。     

大锻件内部疏松缺陷锻造压实过程FEM分析

通过分析大型铸钢锭内部疏松缺陷的物理性质和变形特征,将疏松缺陷视为多孔可压缩材料,利用多孔可压缩材料的刚塑性有限元方法,建立了Cr5型支承辊钢锻件内部疏松缺陷锻造压实过程的非线性有限元模型。通过数值模拟,研究了上下V型砧锻造工艺下,疏松体缺陷的初始孔隙率、砧宽比、接触摩擦系数和压下量等因素对其致密压实效果的影响。在Gl...     

数值模拟在整铸涡轮精密成形中的应用现状

随着计算方法和铸造工艺的发展,数值模拟技术在铸造领域中得到了广泛应用.涡轮作为发动机上的重要热端部件,其结构伴随着发动机的更新换代,向着精密化、轻量化、薄壁化方向发展,数值模拟技术也成为铸造工作者控制涡轮质量的重要手段.目前相关学者通过铸造模拟软件对涡轮精密成形的充型过程与宏观物理场结果进行分析,依据模拟结果来改善铸造...     

基于Autoform的汽车侧围回弹补偿分析

目的 针对汽车尤其乘用车侧围大量复杂表面经常出现的表面凹陷、大尺寸回弹等质量问题,对回弹过程进行分析研究并加以控制.方法 基于数值模拟的方法,采用Autoform软件对汽车侧围表面冲压回弹进行数值模拟预测,将数值计算结果与实际生产经验相结合,对侧围几何模型进行补偿和控制.结果 生产的后侧围零件尺寸合格率达到90％以上.结论 采用数值模拟对汽车侧围回弹补偿分析,能减少成形过程中的缺陷,提高尺寸精度,有效解决侧围回弹大的问题.     

Modeling of the material behavior during hot hydroforming

For the purpose of numerically simulating metal forming processes, material data are necessary, determined by testing procedures similar to the particular process. The new technology of hot tube bulge tests has been introduced recently, fulfilling the requirements of material data determination for hot hydroforming. Based on measurement data gained by this technology, selected constitutive relations for approximating the flow stress depending on temperature, strain rate and logarithmic strain were parameterized applying linear regression analysis. Using the material law with the best approximation quality among the regarded equations, a numerical simulation of an exemplary forming process was accomplished. A comparison between the experimentally obtained geometry after a hot hydroforming process and the prediction by numerical analysis is used for evaluating the quality and applicability of the determined material data for this kind of process. Additionally, a process simulation, using extrapolated material data from compression tests is presented to visualize the influence of the testing procedure on the resulting part geometry prediction.     

浅析宏观与纳观材料拉伸强度差异

应用分子动力学方法,采用EAM势函数模拟纳米单晶铜的拉伸过程,在拉伸的数值模拟过程中,采用具有完整结构和各种缺陷结构模型,观察缺陷对模型强度的影响,给出各个模型拉伸时应力应变曲线及极限应力,分析纳米尺度材料与宏观材料强度极限存在巨大差距的原     

Enhanced finite element formulations on the numerical simulation of tailor-welded hydroformed products

This work aims to assess the influence of different finite element formulations in the performance and quality of solution obtained by numerical simulation in the analysis of tailor-welded hydroformed tubular parts. Tube hydroforming represents a cost effective forming process for high-strength, low weight products on, as an example, automotive and airspace applications. On the other side, the use of tailor-welding in order to obtain custom-made combinations of thicknesses and materials - leading to a wide variety of user-defined products - can be introduced into conventional tubular hydroforming processes in order to further improve the applicability range of the later process. The main goal of the present work is to describe the state-of-the-art in the field, focusing on distinct finite element formulations and providing guidelines for the simulation of tubular hydroforming process combined with tailor-welded joining techniques. Hexahedral solid and solid-shell enhanced assumed strain elements, either with reduced and full numerical integration procedures, are analyzed in order to infer about the potentialities of the combined forming technology. Material characterization of the heat affected zone is included and the influence of finite element modeling on defects onset and prediction during forming is considered.     

复合材料层压板分层缺陷超声相控阵检测与评估

针对碳纤维增强树脂基复合材料分层缺陷的无损检测与评估问题,通过制备预埋分层缺陷的标准试样,利用超声相控阵技术对缺陷进行无损检测与定量评估,并对测量误差进行分析。首先,在层压板铺层中间埋入聚酰亚胺薄膜制备分层缺陷试样;然后,对试样进行超声相控阵检测,通过超声S扫和C扫图像对缺陷进行定性分析与定量测量,并结合声场仿真对检测误差进行分析。结果表明:所制备试样内分层缺陷形状规则、埋深及大小与预设一致;超声相控阵步进方向检测尺寸比较准确,而扫查方向尺寸误差较大;超声相控阵技术能够准确识别分层缺陷的形状、尺寸及位置,具有很高的检测精度,对较小缺陷具有很好的检测效果。     

铝合金薄板冲压成形过程中的侧壁起皱及有限元模拟

针对铝合金薄板的侧壁起皱问题,本文通过有限元软件分析工艺参数对成形质量的影响,提出了一种基于数值模拟与智能算法相结合的优化方法。首先,利用最优拉丁超立方抽样进行实验设计,并依据数值模拟获取实验值;其次,基于BP神经网络拟合工艺参数与成形质量之间的关系,预测结果的平均相对误差为2.69%,建立了准确的预测模型;最后,用遗传算法极值寻优获取了一组最优的工艺参数组合,起皱幅值的预测值和仿真值相对误差仅为4.03%,实验结果与仿真分析结果相近,验证了该优化方法的合理性和有效性。研究表明:以料厚、摩擦系数和压边力作为优化变量,以最大起皱幅值最小化为优化目标,建立几何模型,并利用有限元软件Autoform进行仿真分析;依据起皱轮廓线径向位移的实验和数值模拟对比,验证了有限元模型的正确性,表明利用神经网络和遗传算法极值寻优可以有效解决铝合金侧壁起皱缺陷。     

纵梁前段全工序回弹预测与控制

目的结合高强度钢板纵梁前段工艺难点及特征,提出对该零件回弹进行预测和控制的方法。方法采用经验设计和CAE分析技术相结合的方法,对零件全工序成形及回弹过程进行了仿真模拟分析,同时对零件产生回弹的原因进行了深入分析,提出了回弹问题的解决方案。结果通过采取有效措施对回弹进行控制,成功解决了零件质量问题,回弹控制在了1 mm之内,平均合格率达到了91.8%,满足了装车要求。结论全工序CAE分析可有效预测高强度钢板梁类零件的成形质量缺陷和回弹状态,并指导工艺设计和模具型面补偿,合理的梁类扭曲回弹解决方案为类似零件模具的开发提供了参考。     

填充不同材料条件下管材三维自由弯曲变形行为研究

目的 研究三维自由弯曲过程中,不同填充材料对管材成形性能的影响,比较不同填充材料的影响效果。方法 建立相关力学模型,分析比较固体填充物以及柔性填充物对成形质量不同的影响机理,并基于ABAQUS有限元仿真软件,对成形过程进行数值模拟分析。结果 与填充PU棒时成形结果相比,当填充SS304钢珠时,管材具有更好的成形性以及更小的厚度变化率,同时,当内部填充材料时,管材椭圆率均会降低,且当填充材料为SS304钢珠时,椭圆度最低可达2.6%。结论 将三维自由弯曲技术与填充成形技术相结合,可以有效提高管材成形性能,并且固体填充物要好于柔性填充物,有限元模拟及实验验证了模型的正确性。