粉末高速压制成形件密度影响因素分析

成形坯件的密度大小及其均匀性是影响粉末高速压制成品力学性能的重要参数。利用Drucker-Prager Cap模型和瞬态显式动力学有限元方法,得到了压制过程中粉末的密度变化和分布规律;量化分析了边壁摩擦因数、高径比、单位质量能量、初始松装密度对密度大小和均匀性的影响,采用正交试验方法研究了这些因素的敏感性。得到的主要结论包括：密度分布不均主要集中于压坯上下端面边缘处,且其密度差随着压制过程的进行不断增大,压坯越靠近边壁的部分,其密度不均匀性越明显;单位质量能量是影响密度的主要因素,改善边壁润滑条件、高径比和初始松装密度并不能有效提高压坯密度;边壁摩擦因数和单位质量能量对密度均匀性影响最大;密度随着单位质量能量的增大而不断提高,当单位质量能量达到临界值后平均密度不再上升,但是密度均匀性不断改善。     

三角形摩擦块粉末压制模拟分析

三角形摩擦块在压制过程中出现裂纹、掉角等缺陷,严重影响压坯的使用性能。采用MSCMarc软件对三角形铜基粉末冶金摩擦块的压制过程进行有限元模拟分析,研究压制方式、摩擦因数、保压时间等参数对摩擦块的应力及相对密度分布的影响。结果表明：与单向压制方式相比,双向压制制备的粉末压坯相对密度较大,密度均匀性好;摩擦因数对摩擦块相对密度和等效应力分布的影响较大,摩擦因数越小,摩擦块密度均匀性越好,等效应力越小且分布越均匀,而保压时间对摩擦块相对密度和等效应力分布的影响较小。对原压制工艺进行改进,提出较为经济实用的压制工艺方案。     

三角形摩擦块粉末压制工艺模拟分析

三角形摩擦块在压制过程中出现裂纹、掉角等缺陷,严重影响压坯的使用性能。采用MSC.Marc软件对三角形铜基粉末冶金摩擦块的压制过程进行有限元模拟分析,研究压制方式、摩擦因数、保压时间等参数对摩擦块的应力及相对密度分布的影响。结果表明:与单向压制方式相比,双向压制制备的粉末压坯相对密度较大,密度均匀性好;摩擦因数对摩擦块相对密度和等效应力分布的影响较大,摩擦因数越小,摩擦块密度均匀性越好,等效应力越小且分布越均匀,而保压时间对摩擦块相对密度和等效应力分布的影响较小。对原压制工艺进行改进,提出较为经济实用的压制工艺方案。     

货车轴承密封罩压装速度研究

基于摩擦热流耦合分析模型,针对货车352226X2-2RZ型滚动轴承密封罩压装过程建立过盈连接有限元分析模型,得出密封罩温度场、塑性应变、最大接触应力和最大等效应力等,与前期的弹塑性分析结果进行比对,发现摩擦热流耦合分析模型更加符合生产实际。分析压装速度对密封罩温度场、塑性应变、最大接触应力和最大等效应力的影响规律,并获得最佳压装速度。分析结果表明,密封罩与轴承外圈压装过程中,随着压装速度的增加最高温度、密封罩塑性变形、最大接触应力和最大等效应力均增大。通过YN-2型密封罩压装测扭矩机进行密封罩压装实验,实验结果验证理论分析结果的正确性。     

深海液压系统X形橡胶圈密封性能分析

利用ANSYS软件建立深海环境下工作的液压系统的X形圈密封结构的二维轴对称模型,计算X形圈在不同密封状态下的应力分布,分析压缩率、密封压力、摩擦因数等因素对其密封性能和相关应力的影响。结果表明:应力随压缩率、密封压力、摩擦因数的增大而增大;静态密封时,X形圈内侧与密封槽会形成密闭空腔,不适合应用于深海环境;承载密封时,密封压力对接触应力、等效应力、剪切应力的影响依次减小;滑动密封时,摩擦应力逐渐趋于稳定,且密封压力和摩擦因数对摩擦应力影响较大。     

不同压制工艺对粉末冶金制品性能影响的有限元模拟

利用MSC/MARC有限元分析软件对金属粉末压制过程进行模拟分析.采用基于更新拉格朗日方法的热-力耦合分析不同工艺条件(温度、摩擦条件和压制方式等)对压坯性能的影响规律,同时对压制过程中的力学特征(压制力、脱模力、侧压力和应力分布等)进行分析.结果显示,摩擦条件是影响压坯密度大小及分布的关键因素,通过采用双向压制方法可以有效地改善单向压制压坯密度分布不均、差值较大的现象.温度的提高有利于提高粉末颗粒的塑性变形能力,但效果不明显.另外,由于温度影响润滑剂润滑性能,因此在制定压制工艺时需考虑温度对压坯性能的影响.此外温度的提高、摩擦的降低均有利于降低压制力,提高压坯密度均匀性,改善压坯应力集中现象.     

不同初始偏差下超大薄壁结构焊接变形分析

火箭贮箱超大薄壁结构由于制造工艺不可避免地存在初始几何偏差,焊接过程中由装夹产生的校形应力与焊接应力的耦合将对结构焊接变形造成不可忽视的影响。针对超大薄壁结构搅拌摩擦焊接工艺的有限元仿真过程提出了3维应力分区法简化焊接计算,同时考虑工装夹具约束校形的影响,基于变形协调原理研究初始偏差对不同尺寸的超大薄壁结构焊接变形的影响规律。计算得到不同尺寸的模型在标准件与含不同初始偏差的情况下时的焊接变形,结果表明较小的负方向的初始偏差可以有效的减小焊接变形;随着模型长度方向尺寸的增大初始偏差对焊接变形的影响更加显著,且对于大尺寸模型焊接变形随初始偏差向正方向增大将呈现非线性的增长规律。     

牙轮钻头空心圆柱滚子轴承热力耦合分析

根据轴承接触力学和传热学理论,建立了牙轮钻头空心圆柱滚子轴承的热力耦合计算模型,分析了其温度、应力与变形分布,并研究了空心度、钻压、摩擦因数、转速、润滑脂温度和井温参数对轴承热力耦合场的影响。结果表明:牙轮钻头空心圆柱滚子轴承系统的最高温度出现在止推轴承上,最大等效应力发生在牙爪轴颈上,最大位移发生在牙轮上,最大接触应力发生在空心滚子接触副上;随着空心度的增大,空心滚子的最高温度、最大接触应力和最大变形均逐渐减小,而最大等效应力呈现出先减小后增大的趋势,空心度为55%的空心滚子等效应力最小;轴承各部件的温度、应力与变形均随钻压、摩擦因素、转速、润滑脂温度和井温的增加而增大。研究结果可为牙轮钻头轴承的设计和优化提供参考,对牙轮钻头在高温深井中的使用具有借鉴作用。     

高速动车组轮对压装过程的仿真与分析

基于ABAQUS有限元仿真软件,对高速动车组轮对压装过程进行数值仿真,计算得到的压装力-压入距离曲线(压装曲线)与实验曲线较好地吻合,验证了轮对压装有限元模型的正确性。在此基础上,分析了压装过程中轮对等效应力的分布和变化特点,得到了等效应力极大值出现的时刻和位置;分析了轮对等效塑性应变的变化特点,发现塑性变形区集中在车轴引入段末端周围的小块区域中;计算了不同压装阶段下的车轮变形,得到了车轮轮毂孔、轮辐和轮辋的变形几何特征。文中建立的有限元模型为优化轮对压装工艺和改进轮对结构参数提供了理论依据。     

超超临界HR6W钢TIG焊接残余应力和变形有限元预测

采用钨极氩弧焊接(TIG)方法对超超临界HR6W钢厚板进行对接焊接,采用数值模拟方法分析焊接过程温度场,预测焊缝残余应力和焊接变形分布.结果表明,随着焊接道次增多,焊接变形逐渐增大,焊接变形为典型的角变形,以焊接线为中心线,呈对称分布,最大变形不超过1mm;随着焊接道次的增加,焊缝平均拉应力和压应力均先增大,后减小;焊缝中部区域存在残余压应力,焊缝首端和末端区域存在残余拉应力.     

粉末温压成形过程中的力学行为

利用MSC/Marc有限元仿真软件,采用基于更新拉格朗日方法的热-机耦合分析方法,模拟了铁基粉末温压工艺过程,研究了压制成形过程中的力学行为.结果表明:对于圆柱形粉末冶金制品,在获得同等压坯密度的情况下,随着润滑条件的改善,压制力、侧压力、脱模力均有所降低,同时压坯应力分布更加均匀,压坯边角处应力集中现象有所缓解,这对于提高压坯性能特别是力学性能十分有利.     

Ω形波纹管的非线性应力分析

为研究Ω形波纹管的强度特性,在考虑材料非线性和几何非线性的基础上,采用轴对称单元建立该波纹管的有限元模型。对同种规格、同种材料的单层单波Ω形与U形波纹管的应力进行对比分析,表明Ω形波纹管的耐压能力更强;分别在三种工况下研究Ω形波纹管的应力分布规律,表明在其结构不连续区存在明显的应力集中,且在厚度方向有应力梯度存在;探讨结构参数对Ω形波纹管耐压能力的影响,表明其耐压能力随圆环开口量和壁厚的增大以及筒体直边段长度的减小而增强。以上有限元分析结果与相关文献的研究结果一致。     

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。     

双浮动密封橡胶O形圈接触应力分析

针对双浮动密封橡胶O形圈接触过程应力的变化,建立双浮动密封二维轴对称非线性接触模型;利用有限元方法对O形圈进行应力计算,分析O形圈在不同压缩率、不同浮封座和浮动环的斜面角度及不同摩擦因数下的应力变化情况。结果表明:橡胶O形圈各应力最大值随压缩率的增加呈线性增大, O形圈内高应力分布区域随压缩率的增加而增大,并由接触部位附近向其中间位置扩散;摩擦因数对O形圈各应力影响很小,而浮封座和浮动环的斜面角度对O形圈等效应力和接触压力影响较大;随着浮封座斜面角的增加,等效应力总体趋于减小,接触压力先减小后缓慢增加,而剪切应力整体变化较小;随着浮动环斜面角的增加,等效应力、接触压力呈递增趋势,剪切应力曲线上下波动,但整体变化不明显。确定双浮动密封浮封座和浮动环斜面角度最优值,为双浮动密封结构设计提供了指导。     

Dynamic stress analysis of sewage centrifugal pump impeller based on two-way coupling method

Current research on the operational reliability of centrifugal pumps has mainly focused on hydrodynamic instability. However, the interaction between the fluid and structure has not been sufficiently considered; this interaction can cause vibration and dynamic stress, which can affect the reliability. In this study, the dynamic stresses in a single-blade centrifugal pump impeller are analysed under different operating conditions; the two-way coupling method is used to calculate the fluid-structure interaction. Three-dimensional unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes equations are solved with the SST k-o9 turbulence model for the fluid in the whole flow passage, while transient structure dynamic analysis is used with the finite element method for the structure side. The dynamic stresses in the rotor system are computed according to the fourth strength theory. The stress results show that the highest stress is near the loose bearing and that the equivalent stress increases with the flow rate because the dynamic stresses are closely related to the pressure load. The stress distributions on the blade pressure side, suction side, leading edge, and trailing edge are each analysed for different flow rates; the highest stress distribution is found on the pressure side. On the blade pressure side, a relatively large stress is found near the trailing edge and hub side. Based on these results, a stress distribution prediction method is proposed for centrifugal pumps, which considers the interaction between the fluid and structuxe. The method can be used to check the dynamic stress at different flow rates when optimising the pump design to increase the pump reliability.     

冷等静压工艺对纳米WC-8Co硬质合金性能的研究

以纳米WC-8Co粉末和VC、Cr3C2、TaC晶粒长大抑制剂作为YG8硬质合金原料,采用金属模压预成型+冷等静压处理获得压坯,后经真空烧结制备WC-8Co硬质合金.研究冷等静压工艺对硬质合金收缩率、致密度、硬度的影响,结果表明经冷等静压处理的生坯烧结后的硬质合金具有低收缩率、高致密度和硬度的特点.     

地铁线路曲线段磨耗状态下轮轨滚动接触有限元分析

基于城市轨道交通曲线段不同磨耗程度的典型钢轨和车轮的实测型面,利用有限元分析软件ANSYS建立曲线段轮轨三维弹塑性接触有限元模型,对三种不同轮轨磨耗型面匹配工况下的地铁车辆的曲线通过性能以及轮轨接触应力进行计算分析,分析不同磨耗状态下车轮和钢轨接触时的接触应力和轮轨应力的分布状态,并研究其对钢轨磨耗的影响。发现钢轨使用初期,由于轮轨廓形不一致,轮轨间易出现应力集中,应力集中部位易出现磨损;随着钢轨侧磨的增加,轮轨接触状态逐渐由一点接触变为两点接触,且接触点的塑性变形部分和弹性部分的过渡区间易出现裂纹;两点接触状态下,外侧轨距角处接触面积及应力集中区域远大于钢轨侧面部分,轨距角易出现较大的接触压力,易加速钢轨磨耗与疲劳伤损的产生。     

弹性联轴器用金属橡胶元件性能研究

将金属橡胶材料应用于弹性联轴器的改造,对其中的环状金属橡胶元件进行了静态动态加载试验。提出了一种基于等效应力函数的等效粘性阻尼测试方法;分析了不同相对密度元件的静态刚度与阻尼损耗因子的变化规律。结果表明,金属橡胶弹性元件具有比原有橡胶元件更好的弹性阻尼性能。     

薄板台阶断面件FCF加工硬化特性

针对一种薄板台阶断面铝板材零件进行了FCF新工艺试验,采用DEFORM有限元软件对该零件冲压、冷锻组合加工变形过程进行了数值仿真,获得了其等效应力和应变分布,并通过显微硬度(HV)表征了试件表面的实际加工硬度特性。试验研究表明:成形过程中变形区及邻域材料的冷变形硬化效应比单一冲压和冷锻时更为显著,在该工艺中表现为冲裁与挤压、压印的迭加复合;零件下平面较上平面相应处的硬度值要高,差值范围在5%～10%之间;零件上下平面硬化效果从台阶内外缘处径向扩展逐步减弱,径向硬化效应区在0～1.4t(t为料厚)范围内。由此提出了一种新的加工硬化模型。     

外弯矩下螺栓法兰连接紧密性研究

为准确分析螺栓法兰连接系统的紧密性,利用当量内压法﹑当量轴向力法和变形协调方程,研究外弯矩作用下螺栓法兰连接中的垫片压紧应力。分析结果表明:若利用当量内压法来计算,外弯矩等同于内压,相当于增大了系统的内压,但并不能体现出外弯矩作用下垫片应力在螺栓法兰连接系统分布的不均匀性;而利用当量轴向力法来计算,可以体现出整个系统在承受外弯矩作用导致的垫片应力沿管道圆周方向按余弦分布的不均匀性,并且垫片受拉侧和受压侧的压紧应力相差增大,其中受拉侧垫片应力减小,受压侧垫片应力增大,因此螺栓法兰连接的紧密性需重点考虑受拉侧的垫片应力。