弯管壁厚变形试验及有限元模拟分析

在大量试验的基础上,进行管材弯曲变形过程及其弯管壁厚变形的有限元模拟分析,计算与试验测试结果基本一致.在一定弯曲变形程度内,弯管外侧壁厚变形分布相对均匀,而内侧管壁厚应变值始终存在波浪形分布趋势.影响管材弯曲内、外侧壁厚变形的主要因素是相对弯曲半径、相对壁厚,此外,在其他变形条件相同的情况下,弯管外侧壁厚变薄应变随管外径增大而略有减小.     

管材弯曲中应变中性层位移的分析

在管材弯曲变形系统研究中,为了进一步揭示管材弯曲的变形机理并促进管材精确弯曲和数字化弯曲技术的快速发展,利用板弯曲理论在平面应变条件下推导出弯管应变中性层半径和外侧管壁厚变薄量的近似计算公式,并且在考虑弯曲外侧管壁厚变薄的情况下分析弯管应变中性层沿半径方向的变化.根据应变中性层半径与弯曲半径之比小于1的关系,证明弯曲过程中应变中性层向弯曲中心移动.指出应变中性层的内移量与相对弯曲半径成反比.根据部分弯曲试验和有限元模拟结果的比较,证明管壁厚变薄计算相对准确,但由于忽略了垂直于弯曲平面方向的变形影响,且未计入材料性能参数而导致计算值偏大,有待进一步修正.     

管材无芯弯曲的最小相对弯曲半径

为了系统研究管材弯曲的变形实质,进行大量管材无芯弯曲试验.结合管材弯曲成形中外侧管壁材料切向受拉的变形现象,分别对可能发生的集中性拉伸失稳和分散性拉伸失稳变形进行分析.给出与管材力学性能相关,且受拉伸失稳约束的最小相对弯曲半径的计算公式,可用于工艺计算,并对管材弯曲成形设计和工艺分析具有一定的参考价值.通过相应的试验分析指出,由于管材制造所形成的残余应变使得材料在管型状态下所表现的力学性能有一定变化,因此管材弯曲作为二次塑性变形,其真实硬化模数及力学性能参数对弯曲过程中材料的失稳变形和最小相对弯曲半径的计算具有重要影响.     

管材弯曲成形的国内外研究现状及发展趋势

总结了近年来国内外学者和工程技术人员从理论分析、实验研究、有限元数值模拟方面着手对管材弯曲成形开展的大量研究工作和取得的研究进展 ,包括管材弯曲过程中的起皱和破裂分析、横截面变形以及卸载后的回弹分析和预测等 ,并阐述了管材弯曲成形研究的发展趋势。     

基于Bazier效应的薄壁管材连续矫直截面变形研究

薄壁管材在连续矫直过程中会在大弯曲变形阶段发生截面扁化(即Bazier效应),最大扁化量作为重要工艺参数,用以控制截面变形程度防止管材屈曲失稳。而目前现场仍沿用经验图表结合人工经验和反复试矫对其进行估定,亟待建立针对性的最大扁化量数学模型以指导生产,为此在对薄壁管材弯曲扁化变形应变分析的基础上,基于薄壳弹塑性理论及其相关假设,确定管材单位长度的应变能,运用最小势能原理得到最大扁化量解析模型,该模型与管材轴线的弯曲半径、管材的材料参数和几何参数有关。在应用现场试验证明有限元动态仿真可行性的基础上,通过大量仿真试验证明数学模型的正确性,为继续深入研究矫直相关工艺参数的合理设置、完善薄壁管材矫直理论体系奠定基础。     

管件弯曲成形回弹预测模型研究

为提高管件弯曲成形回弹预测精度,根据梁纯弯曲理论对管件横截面的应力应变进行分析,对整个横截面弯矩M而言弹性变形区域弯矩Me可忽略不计,用幂函数硬化模型描述整个横截面的关系,建立了管件回弹角度、回弹后曲率半径预测模型。回弹角度随弹性模量E、管件外径D、材料硬化指数n的增大而减小;随着管件壁厚t、弯曲角度α、材料硬化系数K的增大而增大。部分试验值与理论值的比较表明,回弹预测值与试验值吻合较好,验证了理论分析的正确性与预测模型的有效性。     

管材塑性弯曲成形工艺参数分析与力学仿真

针对管材塑性弯曲成形中影响因素复杂且难以确定的问题,对管材弯曲成形的影响因素进行了划分,分析了可控工艺参数中的重要参数模具压力,并提出基于弯曲力矩的模具压力计算方法。为充分考虑管材材料性能、几何参数等对模具压力的影响,将管材横截面上弯曲变形区划分为弹性区和塑性区,分别计算各区域的弯曲力矩,积分求解管材弯曲所需的总力矩,进而推导了压模压力、助推力的理论近似计算公式,最后构建了管材弯曲有限元模型进行模拟仿真,并与实验结果对比验证了理论公式的有效性。     

加热弯管有限元分析

建立了加热弯管的数学模型,并系统的分析了加热弯管塑性加工的受力情况,推导出加热弯管弯曲时推力、弯矩、支撑力的5个计算公式,同时分析了加热弯管弯曲成形时管材截面的应力、应变及中性层的位置.通过对加热弯管弯曲成形变形的有限元分析,总结出加热弯管弯曲成形的变形特点,得出加热弯管弯曲成形不仅有助于改善变形区的应力分布,而且有助于防止变形时管材截面的畸变.指出了管材弯曲加工时所出现的缺陷是管材壁厚不均匀及其截面形状畸变引起的.     

三维曲面连续辊压成形的力学机制及弯曲变形的计算

连续辊压成形是一种板料成形新方法,采用两个弯曲的成形辊可加工出三维曲面零件。对连续辊压中从板料到曲面的变形过程进行力学分析,并对变形与材料模型进行简化,根据成形曲面中的内力平衡方程,建立控制纵向(成形辊滚动方向)弯曲变形的基本方程,给出由辊压应变计算纵向弯曲曲率半径的公式及上、下成形辊之间辊缝的设计方法。分析表明,当辊压初应变在截面高度方向线性分布时,最终的成形曲面中没有残余应力,纵向弯曲变形的曲率由横截面上的最大高度差及横截面上压缩率差这两个参数来决定。通过分析得到实现曲面辊压成形的条件,获得横截面上压缩率差以及成形曲面几何参数对纵向弯曲的影响规律。通过曲面连续辊压成形的实例,说明所提出理论与公式的有效性。     

基于内高压成形的液压冲孔变形机理

介绍了基于管材内高压成形的液压冲孔工艺过程、类型及特点。采用MARC有限元分析软件,对典型管材零件的液压冲孔过程进行了数值模拟,获得了应力、应变及变形的分布及变化情况,发现了在孔的外缘部位存在着塑性弯曲变形区。在此基础上,阐述了液压冲孔的变形机理,分析了液体压力对冲孔质量产生的影响。     

机械轴与虚拟轴复合的磁流变抛光

传统的磁流变抛光工艺采用抛光缎带的固定位置对工件进行法向加工,由于机床转轴的行程限制,工件陡度较高区域不可达,当前基于等效磁场原理的变切触点抛光方法存在着等效磁场实现成本高,没有充分发挥机械轴与虚拟轴相结合的抛光能力等问题.本文针对这些问题提出了一种用于加工高陡度曲面元件的方法,分析了保证去除函数稳定的磁场特点,通过磁...     

On‐axis versus off‐axis Transmission Kikuchi Diffraction technique: application to the characterisation of severe plastic deformation‐induced ultrafine‐grained microstructures

A new configuration for Transmission Kikuchi Diffraction (TKD) in a scanning electron microscope is presented; called ‘on‐axis TKD’. Compared to the usual off‐axis configuration, the scintillator is placed perpendicular to the incident beam under the electron‐transparent sample, not in vertical position. In this way, the setup benefits from intense forward scattered electrons enabling short acquisition times. At equivalent diffraction pattern quality, the electron dose needed on the sample is estimated to be 20 times lower in comparison to the off‐axis configuration. The technique is particularly suited to the characterisation of severe plastic deformation induced ultrafine grained microstructures. The evolution of the microstructure of an Al–Mg alloy deformed by high pressure tube twisting was analysed. It is shown that the grain refinement was in the steady state stage for a shear strain of 24 with a mean grain size of 120 nm.     

航向测量系统中三轴磁传感器标定的等效两步法

针对航向测量系统中三轴磁传感器误差参数标定问题提出了等效两步法。通过奇异值分解将测量模型等效为一组坐标变换,分析误差参数的几何意义及等效变换方法的意义与特点,依据几何意义将标定过程分为两步进行,即等效传感器坐标系标定及等效非对准标定。利用椭球面方程系数计算等效传感器坐标系误差参数,明确椭球法标定参数的几何意义;应用主成分分析法进行等效非对准标定,分析传统主成分分析法产生符号错误及非正交问题的原因与影响,并研究符号修正与正交修正方法。等效两步法的标定过程不需要航姿参考、地磁信息及辅助传感器,实验表明其航向角校正精度与点积不变法相当。     

垂直轴风力发电机叶片仿真分析

文中结合垂直轴风力发电机的结构特点和受力特征以及实际发电量的需求,以SolidWorks三维建模软件为基础,建立垂直轴风力发电机叶片的三维模型。再利用ANSYS对之进行静态特征仿真计算,求出垂直轴风力发电机叶片的应力与应变情况,然后依据叶片的应力与应变状态优化叶片的尺寸和结构,使之达到既满足强度条件又满足结构简单和材料最省的目的。     

管式高速离心机吊轴的安全性分析

在管式离心机受力分析的基础上,建立了管式离心机吊轴的力学计算模型,并对吊轴的弯扭组合下的疲劳与断裂安全性作了分析计算。     

基于自导向副弹塑性变形的深孔轴线偏斜研究

基于自导向机理,分析了导向副的载荷以及接触状态,借助Hertz接触理论、弹塑性变形理论,建立了自导向副的变形模型以及深孔轴线偏斜的数学预测模型。结合理论模型和钻削实验确定了钻削过程中导向副的实际接触状态,并研究了导向条滞后量和工件材料对轴线偏斜的影响。研究表明：滞后量越大,轴线偏斜越大;材料刚度越小,轴线偏斜越大。     

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。     

虚拟轴机床并联机构的自适应动态滑模运动控制

虚拟轴机床系统模型复杂难以准确建立,高速加工时存在强烈干扰且不确定,难以实际实现高性能控制,为此,提出一种新型自适应动态滑模控制方法,用于虚拟轴机床并联机构运动控制。通过构建新型动态切换函数,设计二阶动态滑模控制,以解决采用常规等效控制设计的滑模控制系统,因忽略执行机构快变动力学特性等而导致控制系统品质降低甚至不稳定的问题,同时避免滑模抖振的出现;引入自适应控制对虚拟轴机床加工时的外界干扰等不确定因素进行在线估计,以克服滑模控制性能需依赖于对未知干扰的先验估计的局限,增强虚拟轴机床克服高速加工时的强烈干扰的能力,进一步提高其控制性能。仿真和试验结果表明,采用自适应动态滑模控制方法,可使虚拟轴机床控制系统具有较好的自适应能力,较强的鲁棒性,良好的动态、稳态品质。     

形状记忆合金驱动薄壁圆管扭转变形分析 及试验研究

将预拉伸的形状记忆合金(Shap ememory alloy,简称SMA)丝作为驱动器,缠绕并粘贴在薄壁圆管表面。加热SMA,当其发生相变时,会产生很大的恢复力,驱动圆管发生扭转变形。建立了粘有SMA丝应变驱动器的薄壁圆管的力学模型,分析了一个温度循环中,薄壁圆管受SMA驱动发生的压扭复合变形,给出了薄壁圆管扭转角与激励温度之间的关系。同时通过试验对理论结果进行了验证。