基于有限元对箱体装夹变形的分析研究与实践

通过采用有限元技术,对箱体加工过程中的铣削力、夹紧力、夹紧布局对发动机箱体加工变形的影响进行分析,以及对相应的变形控制技术进行研究。在优化的夹紧布局下通过变化夹紧力,研究夹紧力大小对工件加工变形的影响,最终得出夹紧布局及夹紧力对工件加工变形的影响规律,获得了较奸的夹紧布局和恰当的夹紧力参数,为大型框架式壳体件加工质量提供了可靠保证。     

冷连轧机轧制力的影响因素

通过将轧制变形区划分为微单元,对变形区内轧制力影响因素的变化规律进行研究。根据微单元塑性变形方程式,建立单位轧制压力的计算模型。针对变形抗力、摩擦因数等非线性因素,建立基于神经网络校正系数和工作参考点方法的数学模型,分析其在变形区内的变化规律。针对轧辊压扁和轧制力计算的耦合现象,采用计算机迭代计算的模型完成轧制力的解耦计算。工业轧机实际数据验证了采用微单元方式计算轧制力预报精度高,可用于生产实践。     

基于多岛遗传算法的薄壁齿圈装夹变形优化研究

针对薄壁齿圈装夹时装夹变形的问题,对夹具元件的结构参数和施加的夹紧力进行了优化,提出了采用多岛遗传算法对夹具结构参数和夹紧力的同步优化方案。通过ABAQUS软件对齿圈装夹变形进行了有限元分析,得出了变形量,将ABAQUS软件优化算法在Isight中进行了集成;以装夹变形量最小为目标函数,装夹过程中夹紧力和夹具结构参数为变量,通过多岛遗传算法对薄壁齿圈夹紧力和夹具结构进行了同步优化,得出了使薄壁齿圈装夹变形最小的夹紧力及夹具结构参数。研究结果表明:优化后装夹变形量减小93.38%,有效地降低了因夹紧力施加不当以及夹具结构不合理引起的变形,对于后续的加工精度有了明显的改善,验证了多岛遗传算法对于齿圈装夹变形优化的可行性。     

深海机械密封端面摩擦及变形特性研究

以深海推进器等水下设备用机械密封为研究对象,建立机械密封环模型,考虑深海变工况下接触端面摩擦因数的差异性,采用分离法分别对机械密封动、静环端面进行热-力耦合变形分析,并对分别考虑密封环热变形、力变形、热-力耦合变形的分析结果进行比较。结果表明:接触端面摩擦因数大小与介质压力、转速、液膜厚度等因素有关,端面摩擦因数随介质压力增大而减小,随转速增大而增大,随液膜厚度增大而减小;单一力变形、热变形分析与热-力耦合变形分析结果差别较大,热-力耦合分析结果要比单一变形分析更接近实际、分析更准确;瞬态工况下,端面温度及端面接触应力峰值均出现由外向内的变化趋势,端面接触状态受端面温度分布影响明显。     

缩径变形套管径向修复力的研究

采用液压滚珠整形器对发生缩径变形套管进行碾压整形,选取套管、水泥环和地层为研究对象,采用弹塑性和大变形有限元分析方法,建立了缩径变形套管弹塑性力学分析模型及数值计算方法,在水泥环完全损坏的情况下,计算了发生缩径变形时套管通径为ll0mm所需的径向修复力,并与理论值进行对比,验证了数值模拟方法的正确性.此外还研究了不同通径下变形套管达到整形要求的径向修复力,得出随着套管变形通径的增大径向修复力逐渐降低的结论.     

基于非定值变形抗力板带温轧轧制力数学模型研究

对板带钢温轧过程的轧制力计算方法进行研究,建立了基于非定值变形抗力的轧制力计算模型。将变形区接触弧离散成微段单元,建立了各分段微单元关于变形量和变形速率的计算模型,确定了微段变形抗力。在卡尔曼平衡微分方程基础上,以弦代弧计算,建立了各微段的单位轧制压力。采用ANSYS/LS-DYNA有限元对温轧变形过程进行了仿真模拟,结果表明,所建立的温轧轧制力模型精度较高,计算结果比现有模型的计算结果更为准确。     

薄壁工件铣削加工变形的预测

以铣削力模型和ABAQUS有限元分析软件为基础,采用考虑了刀具/工件变形耦合效应、材料去除效应以及工件变形引起铣削力加载点变化等因素的仿真预测方法,建立了薄壁工件加工变形预测的有限元分析模型,并对航空钛合金框体工件进行了铣削加工变形预测及试验验证,仿真结果与试验数据吻合较好。     

夹紧力的施加顺序对薄壁机匣件装夹变形的影响

航空发动机机匣是典型的复杂薄壁件,具有尺寸大、壁厚小和零件的结构刚性较差等特点。为了保证工件加工过程的顺利进行,通常需要采用多个夹具。当夹紧元件对工件施加夹紧力时,由于施加夹紧力的顺序不同可能导致定位元件、夹紧元件与工件接触处发生变化,从而使工件变形。以航空发动机薄壁机匣件为研究对象,利用数学建模的方法分析夹紧力的施加顺序与工件产生变形的关系,建立有限元装夹模型,进一步分析对其变形的影响,运用实际装夹试验验证有限元模型的准确性。结果表明,施加夹紧力的顺序对薄壁件的装夹变形存在明显影响,且对与夹紧力直接接触表面的变形影响较大。     

薄板轧制力的研究与模拟分析

薄板冷轧过程中,轧制力的计算与研究是关键.本文综合考虑了轧辊弹性变形与轧件的弹塑性变形,采用数值迭代法对轧制力进行了推导分析,并建立了轧制力计算模型,最后运用有限元模拟软件ANSYS对轧制过程进行了模拟分析,从而验证了此计算公式正确性.     

轧制铜板带承载辊缝凸度影响因素分析

分析了轧制力、弯辊力对辊缝凸度的影响,结果显示:随着单位轧制力的增大,辊缝的负凸度也明显增加;弯辊力变化与辊缝凸度变化成反比。同时也分析了轧制力、弯辊力对辊缝二次变形凸度和四次变形凸度的影响,不同铜板带宽度对轧制力辊缝变形凸度的影响和弯辊力辊缝变形凸度的影响,结果显示:单位宽度轧制力和辊缝的二次变形凸度、四次变形凸度基本呈正比例关系;弯辊力和辊缝的二次变形凸度、四次变形凸度基本呈反比例关系;随着铜板带宽度的增加,辊缝二次凸度的轧制力影响因数明显降低,而辊缝四次凸度的轧制力影响因数则逐渐增加;随着铜板带宽度的增加,辊缝二次变形凸度和四次凸度的弯辊力影响因数增加。     

在超塑性压缩状态下矩形断面条料的变形力计算

本文利用超塑性力学方程式S (ij)=2/3K（ε e）{sup}(m-1)ε (ij)对矩形断面条料在超塑性压缩状态下,采用主应力法与能量方程进行推导,得到变形力计算的理论公式。近拟地估计Zn－22%Al合金在250℃下的单位平均压力P (avc),与经验数值基本接近。     

平面挤压变形的模拟研究

本文利用光塑性方法,以国产聚碳酸酯为模拟材料,研究了平面挤压变形,获得了平面挤压变形的全场应变分布。所得应变值的平均误差小于7%。利用光塑性的特性确定了变形区的范围和磨擦对变形区的影响。本文的研究揭示了平面挤压变形的特点及模具润滑等条件对变形流动的影响。     

基于Voronoi随机模型研究多孔材料的动态特性

利用随机Voronoi技术生成2维随机模型,结合有限元分析方法系统研究多孔材料在x1-x2平面内冲击载荷作用下的动态特性.模型包含胞孔形状的不规则性和孔壁厚度的不均匀性,以及孔壁的随机不完整性.模拟结果发现,在中低速冲击时Voronoi模型并不出现如规则蜂窝模型一样的"X"和"V"形的变形,而出现几条局部随机变形带;在冲击速度比较高时,局部变形带并不明显,在冲击面端附近区域出现"I"形的变形.发现平台冲击压力和胞孔形状不规则度之间具有比较复杂的关系;很小的孔边不完整性将会造成材料强度很大的"丢失";尽管组成多孔材料的母材是理想弹-塑性材料,但应用Voronoi随机模型描述的多孔材料是一应变率敏感材料.     

MECHANICS ANALYSIS ON PRECISE FORMING PROCESS OF EXTERNAL SPLINE COLD ROLLING

According to the suitable assumption, the deformation process of external spline cold rolling is analyzed. By the graphing method, the slip-line field of plastically deforming area in process of external spline cold rolling is set up. Different friction-conditions are used in different contact areas in order to realistically reflect the actual situation. The unit average pressure on contact surface of the rolling process is solved according to the stress filed theory of slip-line. And the formulae of the rolling-force and rolling-moment are established. The theoretical result is well consistent with the finite element analysis. A theoretical basis is provided for the precise forming process of spline cold rolling and the production of external splined shafts.     

薄带平整轧制时轧制压力模型的研究

考虑到轧辊的弹性变形以及轧件的弹性变形,建立了一套新的薄带平整轧制时的轧制压力模型。在模型中,对于一般薄带,考虑到停滞区的不对称性,采用混合摩擦理论分析了变形停滞区的摩擦力分布;而对于极薄带材,根据平整时塑性区相对弹性区缩小,摩擦力模型中的停滞区的范围并不止于塑性区,有可能扩大到弹性变形区这一特性,对相应的单位轧制压力分布情况进行了详细推导。同时,为了验证相关模型的准确性,采用该模型对宝钢1550CAL平整机相关典型规格产品轧制压力进行了理论计算,并在线实测出相应的轧制压力,其计算结果与实测值很好吻合,完全达到了工程上所需要的预报精度要求。因而该模型具有重要的理论意义和实用价值,可作进一步的推广与应用。     

板坯连铸凝壳的热变形分析

对板坯连铸凝固坯壳受到内外表面温差作用引起的热变形问题,从热弹性问题的功的互等定理或 Betti-Maxwell互换定理和线弹性力学的叠加原理出发,分别推导出两对边简支两对边固支的矩形凝壳在钢液静压力和温度场联合作用下的挠度解,并解释了挠度解中各项的意义。实例计算了在三种拉坯速度下凝壳热变形和鼓肚变形。该研究对于求解连铸板坯在钢液静压力及内外表面温差作用下的鼓肚变形及热变形具有实际意义。     

大型回转窑支承系统的力学行为分析

对操作工况下大型回转窑支承系统的力学行为规律进行理论分析和接触非线性有限元仿真.根据轮带结构和运行特点,解析导出轮带内壁受简体的压力分布公式,修正了长期以来前人轮带压力公式的不妥之处.基于Ansys及其APDL( Ansys parametric design language)编程,实现对支承系统的多体接触模型在分布压力、摩擦转矩和预紧配合作用下的复杂加载及其边界非线性有限元模拟,获得回转窑支承系统的变形与应力分布规律.结果表明,轮带与托轮之间是循环挤压过程;每回转一周,轮带内外表面的等效应力经历五次脉冲循环,在与托轮接触处的峰值应力达最大.托轮外表面也存在较高接触应力.循环应力集中是使轮带与托轮发生表面疲劳失效的根本原因.过盈配合与支承载荷的双重作用,导致轮孔在与轮轴的配合端面成为托轮强度的最薄弱部位,可解释轮孔开裂或喇叭口失效现象.摩擦转矩使载荷偏置,导致支承系统应力分布非对称,故左右对称模型只适用于停工状态,对操作工况是不准确的.这些认识对回转窑支承系统的设计、检修和窑线调整具有参考价值.     

外花键冷滚压成形过程单位平均压力

对外花键冷滚压精密成形的变形过程进行理论分析,用图解法建立了外花键冷滚压过程的塑性变形区滑移线场。在不同接触区域采用不同的摩擦条件,真实地反映了成形过程实际情况。根据滑移线场的应力场理论得到冷滚压成形过程中接触面上平均单位压力的封闭解。通过适当假设建立花键冷滚压有限元模型,应用有限元软件DEFORM对成形过程进行了数值模拟。将不同参数条件下平均单位压力的数值模拟结果与理论分析结果进行比较,两者吻合较好。     

有孔纳米单晶铜薄膜拉伸断裂特性的分子动力学模拟

运用分子动力学方法模拟有孔纳米单晶铜薄膜的拉伸断裂过程.通过施加拉伸应变驱动原子运动和小孔变形,展示有孔纳米单晶铜薄膜随应变增加的原子位形直观分布;超过弹性极限后,位错发生于小孔的应力集中处.计算所得原子平均能量随变形的增长趋势,结果表明,有孔纳米单晶铜薄膜的变形机制可以显著地分为三个阶段,弹性延伸、塑性滑移、沿位错线开裂.