数控弯管管材成形三维有限元分析

以CNC数控弯管管材复杂空问成形的工程问题为背景，用三维弹塑性大变形理论来研究和分析管材在特定模具下的成形过程，并且编制了三维弹塑性大变形有限元程序。实现了管材弯曲成形过程的模拟，获得了设计模具和确定工艺参数的有关参考数据。通过实际管材在CNC弯曲过程中的计算，得到内部应力、应变分布及变形。再通过有限元分析，对于模具设计、弯管数据的修正，管材的材质、直径、壁厚的选取，以及加工中管材的弯裂、管壁起趋等现象的控制，提供了可靠科学的理论依据，提高经济效益。     

连续多点成形过程中应力应变场数值分析

结合连续多点成形的基本原理描述了其成形特征.建立了成形球形件的有限元模型,探讨了板材在连续多点成形过程中不同区域的应力应变情况,模拟了球形件在成形过程中的等效应力场和塑性应变场,并对其分布情况进行了分析,从双向弯曲的角度模拟了板材在加载区域的应力场和应变场分布,对模拟结果进行了分析.应力应变场的模拟结果与弯曲变形时应力应变状态吻合.通过对应力场和应变场的数值分析可以清晰观察板材的成形状态,从而制定出可靠的成形工艺.     

不锈钢管件滚弯成形工艺的有限元模拟

应用ANSYS有限元分析软件中的LS—DYNA求解器,对薄壁不锈钢管件弯曲成形过程进行了弹塑性数值模拟．通过对管件弯曲角度的试验结果与模拟值的对比分析,证明了建立管件有限元模型的正确性．在此基础上对管件滚弯过程的模拟结果进行了应力应变分析,揭示了其成形时的塑性变形流动规律及其对管件质量的影响．研究结果表明：薄壁不锈钢管件弯曲冷成形的主要失效形式是内侧部分的起皱和外侧部分的失稳;管件弯曲内侧等效应雯和壁厚变化呈跳跃式条状分布,是管壁起皱变形的前兆,管件弯曲外侧的壁厚减少导致其弯曲刚度降低,是管壁失稳变形的原因;最大等效应变和等效应力的部位出现在管件弯曲区域的、与滚动轮和旋轮接触部位,其弯曲成形后,部位的应力值逐渐减小,且沿两端方向应力逐渐减少．     

弯管参数在弯管成形中的理论解析

本文运用塑性成形理论,对管材弯曲截面进行了受力以及壁厚变化的分析,验证弯管参数与应力变化、壁厚变化的关系,推导了相关的解析计算公式。     

基于Oyane损伤和断裂模型的厚板精冲过程数值模拟和缺陷预测

将考虑静水应力和应变历史对材料损伤影响的Oyane损伤模型用于断裂的预测,将局部网格自适应和单元删除技术用于模拟裂纹的产生和扩展,在DEFORM-2D有限元模拟软件中建立了精冲轴对称模型,进行了弹塑性大变形有限元数值模拟.分析了成形过程中静水应力、等效应力、等效应变和损伤的分布以及发展趋势,分析了工艺参数对缺陷的影响规律,试验结果验证了模型的准确性.     

高锰无磁钢异步热轧过程数值模拟研究

基于有限元软件MSC.Marc,建立了高锰无磁钢在不同变形参数条件下的二维热-力耦合有限元模型,分析了初轧温度、压下量和异速比对变形区金属流动、等效应力和等效应变的影响规律。研究结果表明:同步轧制时,上、下表面节点速度相等,等效应力、等效应变状态呈对称分布。随着异速比的增加,上、下表面节点和中间层节点速度都表现出逐渐增大的趋势,但增大幅度不一样。变形区心部节点等效应变随着初轧温度、压下量和异速比的增大都表现出增大的趋势,但影响程度不一样。压下量对等效应变的影响最大,异速比次之,初轧温度对其影响最小。变形区心部节点等效应力随着初轧温度的增加,峰值应力逐渐减小;随着异速比和压下量增大,峰值应力逐渐增大。     

轴对称件三点渐进成形理论和实验研究

针对单点渐进成形精度不高的问题,从控制变形角度,提出一种围绕对顶主成形头设置对顶辅助工具头以缩小变形域、限制二次变形和回弹、有效提高成形精度的三点渐进成形新工艺。为了寻找加工过程中塑性应变的变化规律以指导加工路径规划和成形工艺参数设计,基于轴对称件三点成形等高线加工轨迹的特点,提出并建立等效加工层模型。利用力学方程和平面应变条件,求得加工层的等效虚拟应力应变。研究结果表明:轴对称圆盘件成形的数值仿真和实验结果与理论解相一致,所建等效模型及理论分析的有效性和所提三点渐进成形控制变形及提高精度具有可行性。     

箔材激光弯曲成形的有限元模拟

建立了箔材微尺度激光弯曲成形的三维热力耦合有限元模型,并采用大型非线性有限元软件MSC.Marc对其激光弯曲成形过程进行数值模拟.通过模拟计算得到了箔材弯曲变形过程中的温度场、变形场与应力应变场.分析了应力、温度、变形三者之间的内在关系.研究发现:采用功率为25 W,光斑直径为0.2 mm的激光光束,以100 mm/s速度扫描厚度为0.1 mm的不锈钢箔,其弯曲成形的主要机理为温度梯度机理.     

钢芯铝绞线弯曲状态受力分析

根据钢芯铝绞线结构、材料和捻制特点,利用弯曲状态下的一次螺旋线方程,建立钢芯铝绞线弯曲状态下的有限元实体模型,采用Augmented Lagrange算法和Gauss points接触检测法分析导线在弯曲状态下受到张力作用的应力及变形规律.结果表明,在张力作用下等效应力和剪切应力沿截面中心呈上下不均匀分布;弯曲曲率半径对钢芯铝绞线股线受力有影响,曲率半径越大的股线其应力和变形越大;弯曲钢芯铝绞线最大等效应力位于钢芯,最大剪切应力位于外层铝股线,外层铝股线在弯曲状态下首先发生弯曲疲劳磨损的可能性较大.     

锌液冷却管热应力有限元分析

锌液冷却管是用20号无缝钢管弯制而成,在锌液的冷却过程中容易出现裂纹,使用寿命短.针对锌液冷却管材料特性和工作环境,利用ANSYS有限元分析软件建立了冷却管的温度 应力耦合分析的三维有限元模型.冷却管的传热特性随温度变化而变化,故采用非线性分析法分析其传热特性.通过计算分析,得到冷却管的热应力分布图及其分布规律,找出冷却管危险截面的位置.研究结果表明:弯管部分的等效应力比直管部分的等效应力大;对于整个弯曲部分,其内壁的等效应力大于外壁的等效应力.最大等效应力点在弯管与直管的连接处偏向弯管侧;冷却管在工作过程中存在显著的热应力,导致其爆裂失效,为研究冷却管的寿命提供了参考.     

径向水平井造斜器内钻杆的弯曲状态分析

分析了连续管钻杆弯曲状态的各种影响因素及影响程度。结果表明 ,由于连续管材料变形强化度低 ,钻杆塑性变形有限 ,在分析钻杆反复弯曲应力状态时 ,可不考虑强化和塑性变形的面积效应。采用弹性刚塑性材料模型及平面应力假设 ,建立了内压作用下钻杆弹性层与曲率的关系以及钻杆的极限弯矩、应变中性层与轴向力、内压的关系。分析结果表明 ,钻杆弯曲主体的中性层随弯曲曲率的变化很小 ,但内压和轴向力对中性层的位置有明显影响 ;在内压和沿程阻力作用下 ,钻杆的弯曲表现为横截面变形的压弯特征和轴向弯曲的拉弯特征。这为控制钻杆的截面变形和设计造斜器滑道提供了理论基础。     

Bending behaviors of large diameter thin-walled CP-Ti tube in rotary draw bending

The rotary draw bending(RDB) of large diameter thin-walled(LDTW) tube needs the strict cooperation of multiple processing parameters to avoid possible multiple defects.Due to the specific properties,the bending behaviors of LDTW commercial pure titanium(CP-Ti) tube are much more complex to achieve precise deformation.With the CP-Ti tube of 50.8 mm(out diameter, D)×0.508 mm(wall thickness,t)×101.6 mm(bending radius,R) as a representative component,the bending behaviors of LDTW CP-Ti tube under different p...     

直杆受弯超载截面表层塑性变形深度的确定

为了提高金属零部件的强度,常采用预先使零件承受超载,使局部产生塑性变形。圆截面直杆,在超载弯曲情况下,如何求表层塑性变形深度。杆件在弯矩作用下,其轴线要发生弯曲,其曲率是求截面应力、应变和塑性变形深度的关键物理量。先给定若干个曲率再求出若干个与之对应的弯矩,绘出二者一一对应的关系曲线,利用此曲线定出与实际弯矩对应的曲率。     

不同曲率井段的取心筒长度优选

较长的取芯筒可以进行水平段大段取芯作业,取芯钻具通过曲率段时会发生较大的弯曲变形、承受较大的弯曲应力,建立了取芯组合钻具受力变形分析的三维有限元模型,应用ANSYS软件的大变形、接触非线性理论,对不同曲率井段的取芯筒长度进行了优选,为取芯钻具的通过能力评价提供了新的研究方法。     

热处理状态和工艺顺序对铝型材弯曲回弹的影响

采用实验和数值仿真相结合的方法研究了材料热处理状态和工艺顺序对6063铝型材弯曲回弹的影响规律和机理.结果表明:型材绕弯变形区内外层材料分别为压应力和拉应力起主导作用,中性层附近材料为明显的拉-压两向应力集中区.外力卸载后,中性层存在很大的残余拉应力;挤压态型材经人工时效处理后绕弯成形回弹角将会变大.且随着人工时效时间的延长,内外侧材料最大拉压应力差变大,回弹角逐渐增大;弯曲型材后续经人工时效或电泳烤漆处理,产生二次回弹.且弯曲角度越大,热处理后回弹角会增大.进一步延长人工时效时间,弯曲型材的回弹角基本不变;弯曲型材的三种成形工艺顺序方案中,挤压态型材先经冷弯成形再紧接着进行人工时效和电泳烤漆处理总的回弹角最小.     

高速公路隧道装配式仰拱接头力学性能研究

为研究公路隧道装配式仰拱结构接头的力学性能,首先建立装配式仰拱接头三维数值计算模型,模拟接头细部结构,分析比较弯螺栓、直螺栓对仰拱接头在不同轴力、弯矩组合作用下接头张开量、转角、螺栓应力以及接触压应力等的变化规律。然后采用大比例尺室内仰拱接头加载试验对模拟结果进行验证。结果表明：接头张开量、转角随着弯矩增加不断增大,接头抗弯刚度不断降低;接头张开量、转角随轴力增加而减小,接头抗弯刚度则不断增大;弯螺栓接头抗弯刚度大于直螺栓接头抗弯刚度;螺栓整体受拉,螺杆受力状态与螺栓形式及接头变形有关,整体上弯螺栓应力大于直螺栓应力。对比分析数值和试验结果,整体变化趋势一致。研究成果为公路隧道装配式仰拱接头设计提供参考。     

Accu-Roll轧管机热轧奥氏体无缝钢管的数值模拟与工艺参数优化

根据钢管斜轧过程的变形特点,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对Accu-Roll轧管机热轧奥氏体无缝钢管的轧制过程进行有限元数值模拟.通过模拟仿真计算,分析无缝钢管截面的变形特点及轧制力和应力应变分布的变化规律,通过将模拟结果与实测数据进行比较,验证了模型的可靠性.模拟结果表明,在轧制过程中孔型形状不当易造成双鼓形,整个轧制过程中最大轧制应力为403.4 MPa,最大等效应力值为231.8 MPa.     

复合材料定向管动力响应及优化分析

为掌握复合材料定向管的动态力学性能,了解复合材料定向管动力响应的应力、应变和变形位移情况,建立了复合材料定向管受载的力学模型,利用动力有限元法仿真计算了火箭弹的发射过程,然后对定向管壁厚值进行了对比优化分析.结果表明:动力有限元法是有效的仿真计算方法,复合材料定向管在发射开始阶段产生的响应应力和应变较大,后端产生的响应应力和变形位移比前端大,确定的合理壁厚值范围为3.6～4.1mm.该研究为某火箭炮复合材料定向管的研制提供了参考.     

宽带材拉伸弯曲变形的理论模型

应用板弯曲理论,引入平面变形假设和横截面始终保持为平面假设,采用米塞斯屈服准则,建立了各向同性理想弹塑性金属带材的拉伸弯曲变形的一般解析分析方法和模型.它突破了基于初等梁弯曲理论建立的解析分析方法的局限性,得到了在过去同类研究中无法计算的带材厚度方向的应力和应变,实现了对带材拉伸弯曲变形过程更贴切的表征.通过以某冷轧带钢厂拉伸弯曲矫直机为算例的比较计算表明,本文所提出的带材拉伸弯曲变形的"板弯曲"模型比"梁弯曲"模型有更符合实际.     

沥青路面剪切变形预估模型

将考虑温度影响的材料参数引入对路面剪切变形的机理和特征分析,利用轮辙试验和环道试验数据建立沥青路面剪切变形预估方程,并通过实地调查数据对该模型进行标定和验证.结果表明:同一深度上取多点最大剪应力的平均值作为该深度剪应力分析值可较为准确地反映沥青层的受剪状况;通过分析、拟合试验数据获得的包含剪应力分析值与抗剪强度之比、温度、速度和加载次数等参数的剪切变形预估方程形式合理,具有较为可靠的拟合和预估结果.