体积成形过程预成形优化设计系统的开发研究

采用塑性有限元、灵敏度分析和工程优化算法相结合的方法 ,针对精密成形问题 ,提出了一种对多工序锻造过程预成形模具进行优化设计的方法 ,并在此基础上开发了界面友好、自动化程度高、易于使用的锻造优化设计工具软件DOTFORGE。该软件通过优化设计预成形模具形状 ,可实现对锻造过程中多种目标的优化控制。给出预成形优化设计的目标函数和设计变量以及灵敏度分析方法 ,详细介绍了软件的结构功能、关键技术以及应用实例。     

典型模锻件的预锻设计方法研究

本文分析了模锻工艺设计中的预锻设计方法 ,重点介绍了典型的H断面锻件的预锻设计 ,给出了该类锻件的一种新的预锻设计方法———抛物线法。     

基于有限元灵敏度分析的锻造成形微观组织优化设计

采用有限元、灵敏度分析与工程优化算法相结合的方法,以能充满型腔且少无飞边的终锻件的晶粒度分布均匀化为目标,以预成形形状为优化对象,对锻造成形过程的微观组织进行了优化设计。采用三次B样条函数描述预成形模具形状,并以B样条函数的控制点坐标为设计变量,给出了锻造过程微观组织演变的模型,建立了衡量锻件充型性能及微观组织分布均匀化的目标函数,推导了目标函数对设计变量的灵敏度,给出了优化设计步骤。并以一典型H型锻件为例,对锻件的微观组织进行了优化,取得了较好的结果。     

基于灵敏度分析的预锻模具形状优化设计

以最终锻件的形状为目标,采用塑性有限元、灵敏度分析和工程优化算法相结合的方法,对预锻模具形状进行了设计。针对下模速度为零时,下查形状不能优化有的情况,提出了一种处理速度灵敏度边界条件的方法,该方法可同时对上下模具形状进行优化。针对程度耗时较问题,提出了贮存灵敏度刚度矩阵,减少优化设计变量的方法,大大提高了程序的运行速度。最后,给出了优化设计实例,验证了该方法的可靠性。     

基于有限元反向法的板料成形毛坯设计

由反向法计算出的毛坯存在一定的形状误差。为获得优化的毛坯 ,根据冲压件成形后的形状误差和变形趋势 ,提出了毛坯形状修正算法。结合Hyperform和Dynaform软件应用所提出的毛坯形状修正算法实现了毛坯设计方法。数值模拟结果表明 ,这种设计方法具有较高的精度和计算效率的同时 ,还可以评价冲压件的成形性。     

Sensitivity analysis based preform die shape design for net-shape forging

A sensitivity analysis method for preform die shape design in net-shape forging processes is developed in this paper using the rigid viscoplastic finite element method. The preform die shapes are represented by cubic B-spline curves. The control points or coefficients of B-spline are used as the design variables. The optimization problem is to minimize the zone where the realized and desired final forging shapes do not coincide. The sensitivities of the objective function, nodal coordinates and nodal velocities with respect to the design variables are developed in detail. A procedure for computing the sensitivities of history-dependent functions is presented. The remeshing procedure and the interpolation/transfer of the history-dependent parameters, such as effective strain, are stated. The procedures of sensitivity analysis based preform die design are also described. In addition, a method for the adjustment of the volume loss resulting from the finite element analysis is given in order to make the workpiece volume consistent in each optimization iteration. The method developed in this paper is used to design the preform die shape of H-shaped forging processes, including plane strain and axisymmetric deformations. The results show that a flashless forging with a complete die fill is realized using the optimized preform die shape.     

An axisymmetric forging approach to preform design in ring rolling using a rigid–viscoplastic finite element method

In this paper, a new method for approximately predicting the deformation of material in ring rolling is presented. The plastic flow of material in ring rolling is assumed to be axisymmetric and thus the ring rolling process is considered as a sequence of consecutive forging processes. The problem, having tool velocity as well as material velocity field as unknown variables, is formulated by an axisymmetric rigid–viscoplastic finite element method. The unknown tool velocity is determined by making the circumferential stress on the ring cross-section exist in the range of user-specified values. The approach is applied to preform shape design in ring rolling of bearing races. The predicted results are compared with the experimental ones. It has been shown that the approximate approach presented is useful for engineering design of preform in ring rolling of bearing race-like rings.     

有限元分析在冲压模具设计中的应用

通过建立有限元模型，运用成形缺陷模拟和虚拟修模，解决由于不规则的形状而导致塑性流动的不均匀性所产生的拉裂和起皱，并运用在有限元分析过程中得到的工艺参考参数，如板料应力应变分布、厚度分布、成形力和压边力变化曲线等，缩短冲压模具设计周期。     

有限元法在冲压模具分析中的应用及展望

综述了国内外有限元模拟技术(FEA)的发展和在冲压成形领域中的研究状况和应用水平,着重介绍了在冲压模具应力应变分析、结构优化设计和尺寸精度控制方面采用有限元法(FEM)的现状。通过利用弹性有限元法进行冲压模具的应力应变分析,可以优化模具设计,在延长模具寿命、缩短模具开发周期、降低开发成本和提高产品质量等方面均可取得显著的成效。最后指出了FEM在模具分析中的研究和应用的不足之处,并对今后的发展方向提出了看法。     

利用有限元仿真技术优化模具结构

建立起精锻件模具结构优化的数学评估模型,结合有限元仿真技术对不同模具结构参数(凹模入口角、工作带长度、锥形角等)下的金属成形过程进行分析,找出最佳的模具结构参数组合,从而达到实现模具结构优化的目的。最后,本文还以汽车球头销锻件为例,对球头预成形工序锥形角大小的控制进行分析,证实该方法的科学性和有效性。     

有限元模拟技术在主体锻造工艺设计中的应用

采用Forge 2D/3D锻造有限元模拟软件,模拟和分析了大型锻件主体的锻造环境和变形过程;讨论了锻件温度、模具设计、锻造设备等因素对锻件成形的影响;分析了锻造过程中锻件应力应变、金属流动规律、缺陷预防、金属流线、锻件最终几何形状等因素;确定了下料重量、锻造能量、锻造火次、模具设计等锻造工艺设计中的重要参数,为实际生产中锻造工艺的制定提供了依据。     

不同加载方式下硬质合金应力状态的有限元模拟研究

硬质合金中存在分布不均匀的残余热应力,在承载过程中残余热应力与外加载荷产生复杂的交互作用,影响材料的力学性能。现有的实验和模拟方法均为统计性分析方法,难以在微观组织尺度分析应力分布的细节和特征。本工作利用有限元模拟的方法研究了硬质合金的残余热应力分布特征,分析了不同载荷方式下硬质合金内的应力状态,研究了残余热应力和外加载荷之间的相互作用。基于应力分析,提出了提高硬质合金承载能力的组织结构设计方法和理论依据。该方法也可应用于其他多种多相复合材料的应力分析和微观组织优化。     

模具形状设计优化新方法-无网格方法

简要介绍了无网格方法，给出了一种常用的无网格方法——重构核粒子法形函数的表达形式；对基于无网格方法的有限变形弹塑性体的设计灵敏度分析和摩擦接触问题的模具设计灵敏度分析加以论述。     

环件轧制过程的显式有限元模拟分析

用于金属成形模拟的有限元方程的求解方法 ,主要有隐式和显式积分两种方法。对于复杂的三维变形分析 ,如环件轧制 ,隐式方法需要很长的运行时间。而利用显式方法 ,可以达到很好的效果。本文利用Abaqus /Ex plicit通用有限元程序对径向环轧进行了模拟。     

液压机结构设计的有限元法

采用有限元方法对液压机中的主液压缸、横梁和立柱进行结构设计。得到了详细的应 力、应变分布云图及应力集中和最大变形的位置。根据分析结果,优化设计方案,并重新进行数值模 拟,使设计达到要求。     

三梁四柱式多点成形压力机机架结构有限元分析和优化设计

本文在对三梁四柱式多点成形压力机机架结构研究的基础上,建立了压力机机架有限元模型和机架结构优化的数学模型。根据其受力状况,用三维实体单元进行有限元分析,并对其计算结果进行优化。优化结果表明,该有限元模型建立正确,节材明显。     

C276合金板多层多道焊的静态单元法有限元分析

基于有限元理论的静态单元法,在收敛的情况下通过设置适当的静态单元参数,可以兼顾模拟的精度和效率. 文中在母材中间截面上取三个点,分析了这些点在不同静态单元参数下的最高温度、焊接过程中的应力和最大残余应力. 结果表明,越远离焊缝,静态单元参数对于以上几个参量的影响越大. 当静态单元参数为10-5和10-4时,模拟的结果相对稳定;当静态单元参数为10-3时,模拟的结果与前两个参数模拟出来的值差距较大;当静态单元参数为10-1和1时,差距尤为显著. 同时,软件模拟过程中所需的时间也随静态单元参数的减小而增长.     

基于有限元法的平滑凹痕管道应力分析

针对管道上典型的平滑凹痕缺陷,根据管道的实际运行状况,建立了有限元模型;在其它参数不变的情况下,改变凹痕深度、管道壁厚、管道直径和凹痕纵向长度进行了大量计算;对计算结果进行了整理、归纳、作图,并对结果进行了单因素和多因素分析,得出应力随各参数的变化规律;采用非线性回归分析方法对计算结果进行了拟合.结果表明,在其它参数不变的情况下,凹痕管道最大应力与凹痕深度、壁厚、管径以及凹痕纵向长度之间的关系分别采用正弦模型、指数模型、线性模型和半对数线性模型最优,并且得到了具有一定适用范围下的具体关系式.     

基于有限元分析的摩擦系数测定

在塑性体积成形有限元模拟中,摩擦模型和摩擦系数的确定是一个关键问题.本文采用圆环镦粗法研究体积成形中摩擦系数的确定.利用有限元分析确定一组摩擦系数标定曲线,用圆环镦粗试验确定圆环内径变化率百分比与圆环高度压缩百分比关系曲线.通过曲线对比得到模具材料和成形材料之间的摩擦系数.针对6A02CZ材料在钢模具中体积成形时6A02CZ材料与钢之间的摩擦系数进行确定,6A02CS材料在无润滑剂和润滑油做润滑剂两种情况下的摩擦系数分别为0.325和0.3.研究表明,采用有限元方法和圆环镦粗试验相结合的方法更适合塑性体积成形中的有限元分析.     

面向微观组织优化的锻造工艺预成形优化设计

以锻件晶粒尺寸细小均匀为目标,以预成形形状设计为对象,提出了锻造成形过程微观组织优化设计方法,构建了锻造成形过程微观组织优化目标函数,并确定锻造成形预成形形状作为优化过程的设计变量,给出了优化设计的具体步骤,采用微观遗传算法和有限元模拟方法开发了锻造过程微观组织优化程序,并对典型的圆柱体镦粗进行了面向微观组织优化的预成形设计,取得了较好的效果.