基于改进本构模型的超声辅助渐进成形仿真研究

在渐进成形加工中施加高频振动会引起被加工材料的塑性性能改变,并产生软化现象,从而降低加工过程中所需的成形力。首先,基于晶体塑性理论建立了描述金属塑性变形过程中应力-应变关系的理论模型,通过调整位错密度演化和热激活过程体现了超声施加后的声软化效应,构建了超声辅助成形加工时材料的本构模型。基于改进后的本构模型,通过ANSYS/LS-DYNA软件,对超声辅助渐进成形过程进行仿真模拟,获得了成形过程中成形力随成形深度的演变规律。通过超声辅助点成形实验,识别了本构模型参数并验证了仿真模拟结果,获得在一定频率下施加不同振幅时成形力的变化曲线。结果表明,在仿真时使用考虑软化效应的本构模型能获得更好的成形力预测效果。     

基于渐进成形的GTN细观损伤模型参数研究

针对板料渐进成形中的损伤问题,从细观角度引入考虑板材各向异性的损伤模型Hill'48-GTN。对DC06板料进行单向拉伸实验和有限元模拟,通过对比两应力应变曲线来确定模型参数。然后把确定参数的GTN模型嵌入到有限元软件Abaqus中,以模拟圆台件的渐进成形过程,并对比了模拟和实验结果中的厚度分布。结果表明:所得模型参数对板材渐进成形是有效的。     

基于电磁胀环的紫铜高速率本构方程研究

研究了基于电磁成形方法的高速率变形,归纳出高速率电磁成形中材料本构关系是影响材料成形性提高的重要因素。应变率的提高决定了材料本构关系的变化,因此通过基于电磁胀环方法的辅助管电磁胀环实验,在毛坯工件上磁压力载荷分布均一的条件下研究紫铜的高速率本构模型,并在通过应力模型和实验数据的基础上建立紫铜基于电磁胀环的高速率本构方程,最后通过有限元模拟得出该高速率本构比静态本构更能正确模拟毛坯高速率变形过程。     

AA5754铝合金板材渐进成形壁厚均匀性研究

为改善板材渐进成形制件的壁厚均匀性,采用ABAQUS/Explicit有限元仿真软件对AA5754铝合金板材渐进成形工艺进行数值模拟,建立了适用于渐进成形的有限元模型,并进行了渐进成形实验,通过模拟结果与实验结果对比,验证了模型的准确性。同时,分析了夹具开口尺寸、成形速度和背压压力3种工艺参数对渐进成形制件侧壁壁厚均匀性的影响。结果表明:夹具开口尺寸和成形速度对渐进成形制件壁厚均匀性影响较大,且夹具开口尺寸越小、成形速度越大,壁厚均匀性越好;另外,背压的存在也有利于改善壁厚均匀性,但是当背压大于一定值时,会产生较为严重的鼓包缺陷。     

7050铝合金时效成形有限元模拟及回弹分析

针对7050铝合金建立蠕变时效本构模型,对ABAQUS软件进行二次开发,将本构模型嵌入到时效成形有限元模型中,通过模拟与试验验证了有限元模型的正确性。通过有限元模拟,对复杂壁板中的高筋整体壁板、变厚度壁板和球型面模具成形回弹进行分析和预测,获得了回弹的影响规律,为模具型面修正提供了可靠依据。     

直壁筒形件凸模支撑渐进成形工艺的数值模拟

以ANSYS/LS-DYNA软件为分析平台,构建了凸模支撑渐进成形过程的有限元模型,成功模拟了用平行直线型路径方案渐进成形直壁筒形件的过程,并通过实验验证了该数值模拟方法的可行性。对数值模拟结果进行后处理得到直壁筒形件的应力应变分布、节点运动以及壁厚的变化规律。结果表明,平行直线型路径方案能够成形出壁厚较为均匀的直壁筒形件,在筒形件口部区域等效应力和等效应变达到最大。     

树脂板多点热成形本构模型研究

介绍了树脂板多点热成形装置和成形原理,进行了聚碳酸酯(PC)板鞍面件多点热成形实验,获得了形状轮廓较好、厚度分布均匀的实验件。测试了PC板的玻璃态转变温度和其在不同拉伸温度和速度条件下的真实应力-应变曲线,获得了广义Maxwell模型和PC-DSGZ模型的参数。建立了树脂板多点热成形有限元模型,开展了两种本构模型下PC板多点热成形数值模拟。结果表明两种本构模型鞍面件均实现贴模成形,PC-DSGZ模型可以获得更加均匀的应变和厚度分布。数值模拟与成形实验件的厚度对比结果显示PC-DSGZ模型模拟得到的鞍面件厚度与实验结果更接近。     

正八边形锥件单点渐进成形壁厚均匀性研究

为研究单点渐进成形铝合金零件壁厚均匀性的变化规律,采用数值模拟与实验相结合方法对2024铝合金正八边形锥件单点渐进成形过程进行了分析。通过建立单点渐进成形过程动力显式有限元模型,得到影响单点渐进成形板料厚度的因素。其中工具头直径的影响最大、进给量的次之,下压量的最小。采用实验方法对模拟结果进行验证,实验与数字模拟分析最大误差为7. 0%。     

75°锥形件渐进成形路径的参数化

对于渐进成形工艺成形锥形件,当成形角度大于极限成形角时,需采用多道次成形。多道次成形路径设计相对复杂,通过参数化路径可有效简化成形路径设计过程。文章基于ANSYS/LS-DYNA平台建立了金属板料外轮廓支撑渐进成形的有限元模型,以壁厚均匀为目标,通过数值模拟对一定口径和深度的75°锥形件进行路径设计和优化,得到了75°锥形件渐进成形的参数化路径方程,并对其进行实验验证。验证结果表明,该参数化路径在一定范围内可行。     

船用薄板柔性渐进成形工艺数值模拟及实验研究

针对船体外板典型的双曲面板材成形提出了局部压载和渐进滚弯两种柔性渐进成形方式。通过有限元数值模拟技术在正交实验下分别探究局部压载成形过程中板料厚度、凸凹模间距、凸模压下量和凸模圆弧半径对板料成形回弹半径的影响,以及渐进滚弯成形过程中滚轮下压深度对板料弯曲半径的影响。以双曲面船板中帆形板为例,基于ABAQUS/ExplicitStandard求解平台及正交实验参数结果,利用局部压载成形和渐进滚弯成形对双曲面板材进行多道次有限元仿真模拟成形。最后通过双曲面板材多道次局部压载成形实验验证了船用钢板柔性渐进成形工艺的可行性及有限元分析结果的可靠性。     

1060铝板圆台件凸模支撑渐进成形临界成形角的研究

基于ANSYS/LS-DYNA分析平台构建凸模支撑单道次渐进成形圆台件的有限元模型,利用数值模拟和实验方法研究凸模支撑渐进成形圆台件的壁厚均匀临界成形角。以高径比为0.5的圆台件为对象,研究不同圆台直径和原始坯料厚度的圆台件的临界成形角,分析了圆台直径和原始坯料厚度对临界成形角的影响。结果表明,随着圆台直径增大,其临界成形角逐渐减小;随着原始坯料厚度增大,其临界成形角逐渐增大。通过多元线性回归求解临界成形角关于原始坯料厚度和圆台直径的推算公式,经实验验证依据该公式可在一定范围内快速获得圆台临界成形角,为实际生产中获得壁厚分布均匀的制件的工艺设计提供依据。     

基于ABAQUS-MATLAB联合仿真反演优化确定金属粉末成形本构模型参数

本构模型参数的准确性是粉末成形数值模拟成功的关键因素。采用修正的Drucker-Prager Cap模型对金属粉末压制成形过程进行模拟,基于ABAQUS-MATLAB联合仿真平台,利用复合形优化算法,结合普通模压实验验证,以数值模拟与实验压制力数据的差异性形成目标函数,对其进行最小化,获取本构模型参数。采用材料参数联合反演优化计算Ag57.6-Cu22.4-Sn10-In10混合金属粉末的本构模型参数。结果表明,采用反演优化方法计算得到的本构模型参数较实验测试结果非常接近,通过粉末成形压制力和相对密度模拟结果与文献实验结果对比,进一步验证联合反演优化方法的可行性。     

铝合金板材渐进成形韧性破裂过程模拟

针对铝合金板材渐进成形过程中材料受拉失稳产生韧性破裂的问题,建立考虑应变率效应的铝合金板材渐进成形韧性破裂准则。采用单向拉伸试验和有限元模拟相结合的方法,确定了铝合金板材渐进成形韧性破裂准则中的材料参数。以建立的破裂准则为破裂判断的依据,结合有限元软件MSC.Marc进行二次开发,通过嵌入韧性破裂子程序,实现了对1060铝合金板材渐进成形破裂过程的定量分析,并通过渐进成形试验进行了试验验证。结果表明,考虑应变率效应的韧性破裂准则适用于铝合金板材渐进成形破裂缺陷的预测,揭示了铝合金板材渐进成形过程中破裂产生的机制,有限元模拟结果与实验结果一致性较好。     

大角度深圆锥件多道次渐进成形工艺的研究

当成形角度较大、成形深度较深时,圆锥件的渐进成形需要多道次。本文以大角度深圆锥件为研究对象,研究了该类零件在多道次渐进成形工艺下的道次计算以及路径规划。基于有限元分析软件建立了相应的模型。以最大减薄率为准则,通过数值模拟和实验验证了圆锥件多道次渐进成形计算公式和路径规划的科学性。     

GH4169合金热变形微观组织演变模型

基于等效位错密度建立GH4169高温合金的本构方程及微观组织演变模型,通过遗传算法结合热模拟压缩实验结果对模型参数进行求解;对有限元模拟软件DEFORM-3D进行二次开发,模拟工件的镦粗成形,得到了工件平均晶粒尺寸和再结晶百分数的分布情况,并与实验结果进行了对比分析。结果表明,二次开发的软件对微观组织演变的模拟结果与实验结果的平均误差在10%左右,验证了GH4169合金本构方程和微观组织演变模型的准确性,以及对软件二次开发的可行性。     

金属板料渐进成形工艺过程有限元模拟

介绍了金属板料分层渐进成形过程有限元模拟。在金属板料渐进成形过程中,材料的弹塑性变形十分复杂,影响成形过程的因素很多,同时各个工艺参数对成形过程的影响又很难确定。为此,根据金属板料分层渐进成形为多工步成形的技术特点,建立一种有限元模拟方案,对板料渐进成形过程进行了模拟分析。     

离心风机叶轮盖盘热锻有限元分析

采用热锻工艺方法对离心风机中叶轮盖盘进行成形研究。首先对盖盘常用材料FV520B进行了热模拟性能测试,建立了该材料的本构方程,利用该本构方程在Deform-3D平台下对盖盘热锻成形过程进行了有限元模拟研究,获得了盖盘热锻成形过程中成形力的变化,以及成形工件的应力、应变、温度和损伤分布,为盖盘热锻成形新工艺的实验研究提供了理论依据。     

单道次渐进成形锥形件壁厚均匀临界成形角的研究

基于ANSYS/LS-DYNA分析平台构建单道次渐进成形锥形件的有限元模型,利用数值模拟和实验方法研究单道次渐进成形锥形件的壁厚均匀临界成形角。通过研究不同成形角的锥形件,获得所用板料的壁厚均匀临界角,并分析了坯料厚度和轴向进给量对壁厚均匀临界角的影响。数值模拟结果和实验结果均表明,随着坯料厚度增大,壁厚均匀临界成形角逐渐增大,轴向进给量对壁厚均匀临界成形角影响基本无影响。     

金属板材分层渐进成形技术及其有限元模拟

本文介绍了金属板材分层渐进成形技术。由于金属板材分层渐进成形的工艺较复杂 ,各种参数及加工轨迹很难用实验方法确定 ,如何选择合理的工艺参数来得到理想的加工工件成为问题的关键。根据金属板材分层渐进成形为多工步成形的技术特点 ,提出了金属板材分层渐进成形的有限元模拟方案     

成形角对多点复合渐进成形过程影响的有限元分析

为了提高制件的成形质量、成形效率和成形极限,并了解不同成形角对多点复合渐进成形过程的影响,使用有限元软件MSC.Marc建立了多点复合渐进成形方锥台制件的三维有限元模型,并进行了不同成形角成形过程的数值模拟,探讨了成形角对制件等效塑性应变、厚度分布、厚度减薄率等的影响。模拟结果表明,成形角越大,等效塑性应变和厚度减薄率越大,单位时间内的相邻等效塑性应变增量和厚度减薄量越小,制件变形越均匀,板材塑性发挥越充分,但成形效率越低,制件越易发生破裂等成形缺陷;方锥台制件拐角处的厚度减薄较侧壁处的厚度减薄更严重。多点复合渐进成形试验表明,数值模拟结果和实验相吻合。