金属凹模中半埋藏环形裂纹电磁热止裂的数值模拟

采用有限元方法研究了带半埋藏环形裂纹的Cr12MoV圆筒形凹模的电磁热止裂问题 ,建立了超强脉冲电流放电瞬间 ,环形裂纹尖端附近电场、温度场和热应力场的藕合关系。数值模拟分成热—电藕合 (焦耳热问题 )和热—机械藕合两个过程来实现 ,通过数值解析轴对称模型 ,给出了脉冲放电瞬间Cr12MoV凹模中电流—温度—热应力的求解过程 ,得到了脉冲放电瞬间带半埋藏环形裂纹凹模的温度场和热应力场。     

Cr12模具钢裂纹电磁热止裂的研究

采用脉冲电流发生装置对Cr12模具钢中裂纹进行了脉冲放电止裂。放电后,裂纹尖端金属熔化形成焊口和压应力区,使裂纹尖端钝化,达到了止裂的目的。同时在裂纹尖端处得到了超细化的隐晶马氏体和细粒碳化物等微观组织,极大提高了裂纹尖端处的硬度、强韧性和耐磨性。     

3Cr2W8V热疲劳裂纹的止裂与修复

运用电磁效应理论最新研究成果,采用脉冲放电方法,对3Cr2W8V热挤压凸模的热疲劳裂纹实施了止裂试验。止裂后的裂纹尖端变得十分圆整。达到了钝化止裂的目的。显微组织分析证明：止裂处出现了强韧性极高的超细化组织,改善了裂尖处的机械性能。止裂也为热疲劳裂缝刷镀修复创造了理想的先决条件。     

电磁热效应对T7钢的裂纹止裂

利用电磁热效应原理,在自制的ＺＬ０－１型超强度脉冲电流以发生装置上,对Ｔ７钢的纹止裂效果进行了初步研究。表明：对试件实施放电瞬间,在裂纹尖端处形成焊口使裂纹尖端的同蓄半径增大,达到抑制裂纹扩展的目的。同时：对裂纹尖端热影响区的组织进行了分析,并讨论了因快速加热和冷却作用所获得细小淬火马氏体组织及热压应力和相变压应力对止效果的影响。     

构件中半埋藏裂纹在线止裂及力学性能分析

依据热-电耦合数值分析结果选择合适的脉冲放电电压,应用ZL-2超强脉冲电流发生装置,对带有半埋藏裂纹的45号试件进行拉伸载荷下脉冲放电止裂研究。放电止裂后,裂纹尖端瞬间熔化、钝化,达到了裂纹止裂目的。止裂中,试件在拉伸载荷作用下没有瞬间开裂。对止裂前后的拉伸试件通过冲击试验机、扭转试验机进行了冲击和扭转力学性能测试。研究结果表明,电磁热裂纹止裂可以有效提高试件的抗冲击和抗扭力学性能。     

含全埋藏裂纹的T10钢焊接接头电磁热止裂分析

通过有限元分析方法,计算出含有圆形全埋藏裂纹的焊接接头电磁热止裂温度场分布,并通过ZL-2放电装置,对含圆形埋藏裂纹的T10钢焊接接头进行电磁热止裂试验。研究结果表明,止裂瞬间,焊接接头中埋藏裂纹裂尖处温升超过金属熔点,裂尖熔化、钝化,阻止了裂纹的进一步扩展;止裂后,在裂尖附近有白亮层组织出现。止裂前后的T10钢焊接接头力学性能测试表明,止裂后焊接接头所能承受的最大扭矩和抗扭强度提高了约17%。     

Ⅲ型裂纹电磁热止裂分析

针对含Ⅲ型裂纹的金属构件,从理论、数值模拟和实验角度分析电磁热对其止裂强化的效果,导出了脉冲放电瞬间Ⅲ型裂纹尖端附近的叠加应力场分布。研究表明,受切应力的Ⅲ型裂纹通入脉冲电流后,裂尖处迅速升温,超过了金属的熔点,形成焊口,瞬间产生的热压应力场改变了受力状态下的Ⅲ型裂纹尖端附近的应力状态,使之成为抑制裂纹扩展的压应力,从而达到止裂的目的,证明了电磁热强化对在线Ⅲ型裂纹止裂的有效性。     

电磁热止裂强化与裂纹力学特征关系

对比分析脉冲放电对Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型裂纹的止裂强化效果。数值模拟和实验研究发现,电磁热止裂强化与裂纹的力学特征关系不大,适合于各种受力状态下的裂纹止裂强化。脉冲放电瞬间,裂尖处温升超过材料的熔点使其熔化,在裂纹尖端处产生强大的热压应力场,试件冷却后,裂纹尖端3个方向均产生残余压应力,使Ⅰ型裂纹试件抗拉强度、Ⅱ型裂纹试件冲击韧性、Ⅲ型裂纹试件扭转强度均有所提高。     

含有裂纹的Al-Mg合金构件电磁热止裂

利用自行研制的ZL-2型超强脉冲电流发生装置对带有单边裂纹的Al-Mg合金试件进行电磁热止裂实验,并对放电前后裂纹尖端的微观组织进行对比分析;采用热-电-结构耦合的数值分析方法求得放电后试件的电流密度场、温度场及热应力场;从理论上计算放电后的电热应力强度因子。结果表明:放电电压对止裂效果存在最优值;在适当的强脉冲电流作用下,裂纹尖端在小范围内被瞬间强化加热,随后在极大的热压应力作用下快速冷却,组织发生明显变化,晶粒得到细化,并围绕裂纹尖端形成等值压缩热应力,对裂纹尖端有"夹紧"作用,进而阻止裂纹扩展。     

电磁热效应对35钢裂纹尖端组织及止裂效果的影响

在自制的ZL－1型超强度脉冲电流发生装置上,对35钢的电磁势效应理裂纹止裂效果进行了初步研究。结果表明：利用电磁热效应可在放电瞬间在裂纹尖端形成焊口,使裂纹尖端曲率半径增大,达到抑制裂纹扩展的目的。对裂纹尖端热影响区的显微组织进行了分析。     

45钢构件电磁热裂纹止裂后残余应力分析

对带有半埋藏裂纹的45钢金属构件进行电磁热止裂实验发现,止裂后,半埋藏裂纹裂尖处熔化、钝化,并有金属喷射现象;采用超声波对比测试法,分析了止裂前后试件内残余应力的变化情况,实验测得止裂后超声波声程减小,表明试件内部残余应力增大;通过ANSYS有限元软件,采用间接耦合方法,对半埋藏裂纹电磁热止裂过程进行数值分析,得到了止裂后构件内残余应力场的具体类型及分布情况。     

40GrNiMo试件单边裂纹在线止裂及组织分析

对带有单边裂纹的40GrNiMo金属薄板试件进行了脉冲放电在线止裂实验研究。在超强脉冲电流作用瞬间,单边裂纹尖端熔化、裂尖钝化,曲率半径增加了2～3个数量级,并在裂纹尖端处产生热压应力场,达到了遏制裂纹扩展的目的。止裂前后裂纹前缘的微观组织对比分析发现,止裂后裂尖处组织更加均匀细小,且裂尖处Cr原子数量增加,其他元素与Cr生成更多的合金组织,得到强韧性均高的微观组织,提高了止裂后构件的力学性能。     

单边裂纹电磁热止裂强化的残余应力分析

建立带有单边裂纹的无限大金属薄板模型,给出脉冲放电瞬间的温度场,应用一维条件下的热弹塑性理论,导出了单边裂纹金属构件电磁热止裂后的一维残余应力解;对带有单边裂纹的导电薄板脉冲放电后裂纹尖端产生的残余应力进行数值分析,理论与数值分析结果基本吻合;对40CrNiMo试件的残余应力超声波无损检测发现,止裂后残余应力变大。研究表明,在对带有单边裂纹的导电薄板进行电磁热止裂时,裂纹尖端周围温度急剧升高,使得裂纹尖端受热膨胀,由于裂尖受到周围材料的刚性约束,在受热和冷却过程中会残留一个压缩塑性应变,其产生的残余应力可有效的抑制裂纹扩展。     

含多裂纹的金属凹模脉冲放电止裂瞬间绕流屏蔽效应的数值模拟

采用热-电耦合有限元分析方法,对含多裂纹的金属凹模在脉冲放电瞬间电流的绕流屏蔽效应进行了研究,建立带有3个半埋藏弧形裂纹的有限元模型,模拟分析了在脉冲放电瞬间整个凹模温度场的分布状态。计算结果表明,在对含有多个裂纹的金属凹模进行脉冲放电止裂时,各个裂纹之间没有明显的绕流屏蔽效应。     

电磁铆接过程数值模拟

电磁铆接是一种新型铆接工艺,铆接过程中材料的应变率高,铆钉材料的变形方式不同于普通铆接.通过电磁铆接过程的数值模拟分析影响铆接质量的因素,重点分析铆模几何构形对铆钉镦头成形的影响,为铆模优化设计提供了理论依据.数值模拟发现改变铆模倾角可以改变镦头区的应力分布,从而改变镦头区应变分布;减小铆模倾角可以减小最大剪应力,从而减小剪应变,防止镦头裂纹的产生.镦头金相组织表明数值模拟结果符合实际情况.     

金属板件压接数值模拟及模具设计

以有限元分析软件ANSYS为平台,基于弹塑性有限元理论建立压接模具和板件的有限元模型,对金属板件压接过程中的应力场和应变场进行计算。通过模拟结果与试验结果的比较,证实了采用ANSYS数值模拟对压接模具进行优化设计的可行性,同时研究了影响连接强度的模具设计参数。     

304不锈钢壳级进模变薄拉深工艺及数值模拟

根据经验公式和理论数据对某304不锈钢壳进行直径减小、壁厚变薄的变薄拉深级进模设计,并运用Deform-3D对连续变薄拉深成形过程进行数值模拟,揭示了成形过程等效应力和行程载荷曲线的分布规律。模拟与试验结果表明:成形过程中,坯料的最大应力集中在与凹模圆角和凹模工作带相接触的区域;随着凸模圆角减小,凸模圆角与直壁连接处应力增大,出现危险区域;为防止最后一道拉深过程中凸模容易磨损及产品被拉伤,应合理设计拉深系数、变薄量及凹模圆角;直径减小壁厚变薄拉深件的直壁壁厚均匀。     

数值模拟技术在汽车齿轮室模具温度场分析中的应用

以汽车齿轮室压铸件为例,对铸件凝固过程进行分析,使用模拟软件Flow-3D得到了压铸镁、铝合金模具温度场的分布特征,研究了镁、铝合金压铸件及压铸模具温度场随浇注温度、模具预热温度变化的情况。数值模拟结果可为汽车齿轮室模具优化设计提供参考。     

基于数值模拟的发动机缸体压铸模浇注系统优化设计

针对镁合金发动机缸体设计了2种不同类型的浇注系统,运用铸造模拟软件ProCAST对2种浇注系统下铸件的充型和凝固过程进行模拟,预测了充型时间、凝固时间和铸件中可能存在的缩孔、疏松及气孔缺陷的分布与尺寸,提出了优化的浇注系统设计。结果表明:在浇注温度670℃、模具初始温度220℃、压射速度8.5m/s的条件下,扇形浇注系统设计优于梳形浇注系统设计。