水箱拉丝机拉丝过程的有限元模拟仿真分析

以初始钢丝生产线为研究对象,利用ANSYS有限元分析软件对水箱拉丝机第一道次拉拔过程进行模拟仿真,研究在拉拔过程中拉拔模锥角、摩擦系数和压下量对拉拔力的影响,并对其轴向应力和径向位移分布特点进行分析。结果表明,随着模锥角的增大,拉拔力呈先减小后增大的趋势,当模锥角为8°时,拉拔力最小;随着摩擦系数、压下量的增大,拉拔力随之增大;在出口处钢丝的外层轴向应力达到最大,由外层向内层轴向应力逐渐减小,钢丝前端应力达到均匀,且钢丝的模拟径向直径小于理论直径。     

芯拔管的有限元分析

采用二维弹塑性有限元法分析了单道次固定锥模短芯棒拔管的拉拔过程.通过分析拉拔系统的受力情况绘制了整个拉拔过程的拔制力———载荷步曲线,提出一种计算拔制力的方法.此外,比较了4种拔制力计算方法,指出本文提供的计算方法适用于所有固定模具拉拔情况.讨论了拉拔工艺参数(摩擦系数、模锥角)对拔制力的影响,对拉拔工艺设计和模具优化设计具有实用价值.     

板带轧制过程考虑滑动与粘着摩擦的轧制力模型

将轧制变形区分为滑动摩擦区和粘着摩擦区,得到适用于带钢热轧过程的改进卡尔曼(KARMAN)微分方程,给出轧制力数值计算公式。结合变形区入口与出口的边界条件,采用龙格-库塔(Runge-Kutta)法交替求解前滑区与后滑区的单位压力分布,2个接触弧角相交处就是中性点,通过对单位压力与摩擦应力进行数值积分得到轧件的轧制力,再根据希齐柯克(Hitchcock)公式迭代计算多次得到最终轧制力。最后,分析新型轧制力模型应用于热连轧机组面临的问题,给出热轧过程摩擦因数对单位压力分布与轧制力的影响规律,并通过布伦特(Brent)方法实现对热轧过程摩擦因数的软测量,指出摩擦因数在1个轧制周期内的演变规律,为热连轧过程摩擦因素在线模型的建立与新型数值轧制力模型的在线应用提供参考。     

微型直齿沟槽铜管充液旋压-多级拉拔复合成形

采用高速充液旋压-多级拉拔复合成形方法加工出了直径在6mm以下的、质量稳定的微型直齿沟槽铜管.在分析其加工成形机理的基础上,研究了加工参数对沟槽铜管质量的影响.结果表明:微型直齿沟槽铜管成形过程中,过大的拉拔级次压缩率会导致微型直齿沟槽铜管的轴向沟槽产生断裂或折叠,过大的圆度误差会导致微型直齿沟槽铜管表面产生皱折和凹陷;而拉拔模具入口锥角采用16°、定径区长度取4mm、出口锥角取30°、润滑条件良好及残余应力较小时,拉拔沟槽铜管表面质量更高.通过控制拉拔工艺参数和圆度误差,可获得直径在6mm以下的、质量稳定的微型直齿沟槽铜管,且内部沟槽趋于封闭,呈燕尾槽特征,有利于提高微型直齿沟槽铜管的毛细力.     

拖拉机后壁板拉延成形数值模拟及其影响因素

为了对拖拉机零件后壁板拉延工艺和模具设计提供可靠的判据和合理的工艺参数,介绍了拖拉机零件后壁板拉延成形有限元模拟的动力显式求解算法,建立了拉延成形有限元仿真模型,分析了凹模圆角半径,摩擦因数,压边力等工艺参数对成形性能的影响,本研究结果为后壁板拉延成形提供了理论基础,并对实际生产具有指导作用.     

柱坐标应变矢量内积解析模拔圆棒线材

建立了棒线材拉拔的柱坐标系速度场,提出了一种应变速率内积积分方法,并获得了解析解.分析了摩擦因子对最佳模角和应力状态系数的影响规律.结果发现:最佳模角αopt和nσ均随着m的增大而增大;当m一定时,最佳模角αopt对应nσ的最小值.为了验证柱坐标内积解析圆棒拉拔结果,将该方法同Avitzur提出的方法进行了比较.结果表明,该方法和Avitzur提出的方法结果趋于一致.最后讨论了摩擦因子对极限加工率的影响规律.     

CNG气瓶辊模拉拔数值模拟研究

辊模拉拔工艺是结合拉拔和轧制工艺对金属线材、异型材料和管材进行拉拔的先进制造工艺。本文针对钢质无缝CNG气瓶辊模拉拔工艺进行了数值模拟研究。通过Gleeble材料实验机进行的单向拉伸实验得到专用气瓶材料34CrMo4不同变形条件下的流变应力曲线,构建其材料本构方程,并以此为依托,应用有限元软件ABAQUS建立了气瓶辊模拉拔工艺的数值仿真模型。通过数值模拟,研究了各拉拔参数对拉拔力的影响效果,用于指导实际生产。     

载重汽车用直齿轮冷挤压工艺参数多目标优化

针对大模数直齿轮冷挤压成形后端面加工余量大、齿顶塌角大和成形载荷大的问题,以齿顶圆角、入模角、劈分厚度、定径带长度为优化变量,应用响应面法和有限元数值模拟对齿轮冷挤压成形工艺参数进行多目标优化。以减小齿轮端面加工余量、提高齿顶充填性和降低成形载荷为目标,分别建立3个目标函数的二阶响应面模型,通过在可行变量空间内寻优,将优化后的最优工艺参数进行验证。研究结果表明:得到的模型预测精度高,能较好地描述3个目标函数关于设计变量的响应。大模数直齿轮冷挤压成形最优工艺参数为:齿顶圆角1.6 mm、入模角40°、劈分厚度2 mm、定径带长度15 mm。采用最优工艺参数加工的试样的端面加工余量降至1.91 mm,齿顶塌角量降至0.29 mm,成形载荷降低18.2%。工艺实验证明采用多目标优化得到的工艺参数可以获得合格的产品。     

工艺参数对IN690合金管材热挤压出口温度的影响

结合等温压缩实验获得的IN690合金本构关系,建立了该合金管热挤压过程的有限元模型,该模型考虑了坯料与模具的热传导、对流换热及摩擦功与塑性功的热转换.模拟结果表明:坯料在变形区附近温度开始升高,进入变形区内急剧升高,且在模孔出口靠近芯棒处温度达到最高,芯棒附近的温度大于挤压筒附近的温度;填充挤压阶段结束时出现最大温升.分析得到了工艺参数对出口温度的影响规律:挤压速度越大,出口温度越高,速度过慢将会使出口温度下降严重;坯料预热温度越高,出口温升越小;当摩擦因数小于0.04时,摩擦因数对出口温度影响很小,但摩擦因数大于0.1时出口温度明显升高.     

膨胀管膨胀参数优化和膨胀模拟

为了使膨胀管的膨胀过程顺利进行,研究了膨胀锥锥角、膨胀锥与膨胀管之间的摩擦因数等参数对壁厚减薄量、轴向长度收缩量和膨胀力的影响,并优化了膨胀参数.在参数优化的基础上,利用ANSYS有限元分析软件对X52膨胀管的实际膨胀过程进行了模拟,结果表明:膨胀管膨胀后壁厚变薄,轴向长度收缩;轴向和环向的残余应力较大,其他方向的残余应力较小;膨胀力随着膨胀过程的进行呈现一定的变化规律.通过试验结果和模拟结果的比较,验证了模拟的合理性.     

冷连轧过程控制轧制力模型综合参数自适应

轧制力模型是冷连轧过程控制系统的基本模型,影响其预报精度的主要因素是材料的变形抗力和摩擦因数. 本文采用参数自适应方法来提高轧制力的预报精度. 在对轧制力模型进行自适应过程中,将材料的变形抗力作为轧制过程模型的整体属性,各机架根据累计变形程度确定各自的变形抗力. 在此基础上,将摩擦因数看成是各机架的单体属性,各机架取不同的模型参数. 实践证明,这种综合考虑变形抗力和摩擦因数的参数自适应方法可以对二个参数同时进行修正,能有效提高轧制力模型的预报精度.     

摩擦条件对超薄壁大径厚比屏蔽套旋压过程的影响

建立了Hastelloy-C276材料超薄壁大径厚比屏蔽套的二维正旋仿真模型,应用大型有限元软件MSC.MARC进行了仿真分析,探讨了旋轮与工件以及工件与芯模之间摩擦因数的变化对应力,应变和材料流动的影响规律,并分析了在旋压过程中由于摩擦因数过大而引起的断裂现象,从而为大径厚比,超薄壁屏蔽套的制造方法提供理论指导。     

芯拔管的有限元分析

采用二维弹塑性有限元法分析了单道次固定锥模短芯棒拔管的拉拔过程．通过分析拉拔系统的受力情况绘制了整个拉拔过程的拔制力——载荷步曲线，提出一种计算拔制力的方法．此外，比较了4种拔制力计算方法，指出本文提供的计算方法适用于所有固定模具拉拔情况，讨论了拉拔工艺参数(摩擦系数、模锥角)对拔制力的影响，对拉拔工艺设计和模具优化设计具有实用价值。     

平面应变拉拔力学性态系统分析

本文借助滑移线场的数值解,对平面应变拉拔的力学性态进行了系统的分析.分析表明,在中间摩擦因素及中间收缩率的平面应变拉拔过程中,其收缩率及凹模半锥角对中间静水压力影响最为显著.比较而言,凹模—工作间表面上的摩擦因素对中间平面上的静水压力的影响则较小;在小收缩率的情况下,情况尤其是这样.因此,当收缩率为一定时,为了减小中间平面上静水拉应力,用减小凹模半锥角的办法较减小摩擦会取得更好的效果.对于在平面应变拉拔过程中,滑移线场采取两个应力奇点(包括有两个中心扇形场)的形式时的收缩率的极限范围,在本文中也给出了一组公式,作为对Green与Hill公式的补充.     

铜管游动芯头拉拔参数的优化

采用极值原理对小铜管游动芯头拉拔参数的优化进行了理论分析和实验研究．研究结果表明，优化计算结果与实验值非常接近，最优拉拔模角和芯头锥角与拉拔变形量和摩擦等有关，而且一般比大规格铜管游动芯头拉拔模角和芯头锥角略高些．这对于我国精密小铜管游动芯头拉拔参数的选择有着一定的参考价值．     

铝合金热冲压成形质量影响因素

建立铝合金热冲压成形的有限元模型,研究坯料初始温度、冲压速度、压边力及摩擦因数对板料成形质量的影响,通过铝合金热冲压实验验证有限元模拟的可靠性.研究结果表明:400～500℃是可行的坯料成形初始温度范围;冲压速度增大,成形质量较差,超过一定限度时,冲压速度的增大对板料成形质量影响较小;压边力超过15kN时,铝合金板料可能产生破裂失效;良好的润滑是铝合金热冲压成形的必要条件,摩擦因数小于0.15时,板料不会被拉裂.     

斜拉桥钢-混锚板式索梁锚固区摩擦效应分析

基于徐明高速公路某斜拉桥建立包含接触非线性的有限元模型,通过对摩擦因数的参数化分析,讨论复杂空间受力与多种剪力键共存的条件下钢-混锚板式索梁锚固区的摩擦效应.研究结果表明:摩擦效应成为区别于PBL键与剪力钉的传力途径;摩擦应力的分布与接触面压应力正相关;相对滑移初始集中在主动变形区域;摩擦效应对PBL键和剪力钉的受力影响从初始滑移区域沿变形传递路径逐渐累积,甚至会改变局部受力和相对滑移的方向;摩擦效应与摩擦因数呈现显著的非线性变化关系;其发挥依赖于一定的钢-混变形能力和相对滑移趋势.     

海岛地区海水混浆短纤维加筋水泥土的试验特性研究

沿海滩涂围垦区软土常通过纤维加筋水泥土进行固化后加以利用。由于海岛地区缺乏淡水,采用海水作为加筋水泥土的水源具有广泛应用前景。通过实验研究和数值模拟方法揭示了纤维加筋机理。首先基于单纤维拉拔试验,获得了不同龄期下和不同纤维埋置长度下纤维拉拔力与位移关系曲线,表明不同纤维埋置长度下单纤维最大拉拔力随龄期的发展逐渐增加,纤维越长,最大拉拔力越大,但超过10 mm时拉拔力增长幅度减低,说明纤维加筋长度存在一个合理长度;然后建立了单纤维与水泥土基体相互作用的三维有限元模型,完成了不同接触条件下单纤维拉拔数值模拟,并与试验结果进行了对比,研究表明粘性界面接触条件对单纤维与水泥土基体相互作用特性有重要影响。     

Hastelloy G3管材热挤压模具磨损有限元分析

基于修正的Archard磨损模型,利用DEFORM-2D有限元软件分析了镍基耐蚀合金(Hastelloy G3)管材热挤压成形时挤压工艺参数对模具磨损的影响规律. 结果表明,挤压模具的磨损主要集中在锥模出口处. 模具最大磨损深度随着挤压速度、坯料预热温度的升高而降低,随摩擦因数的增大而升高. 模具表面磨损深度随着模角的增大而升高. 最佳热挤压工艺参数是:挤压速度200mm·s-1,坯料预热温度1180℃,摩擦因数0.05,界面换热系数5N·mm-1·s-1·℃-1. 此时,模具最大磨损深度为0.0515mm,模具可重复使用20次.     

基于响应面法的直齿轮冷挤压工艺多目标优化

针对某型大模数行星直齿轮在精锻成形工艺中成形载荷大、齿形塌角大及弹性回复影响齿形精度等问题,提出一种新型约束分流正冷挤压工艺.以降低成形载荷、减小轴向塌角长度及取得弹性回复量较小的齿轮为优化目标,以凹模入模角、毛坯直径系数、摩擦系数和模具挤压速度为优化变量,借助正交实验设计与Design-Expert V8软件进行响应面拟合建模分析,得到成形载荷及塌角长度的二阶响应面模型和弹性回复的线性模型,同时借助该软件进行多目标优化,得到最佳工艺参数组合,即入模角为67°,直径系数为1.15,摩擦系数为0.06,模具下压速度为52mm/s.有限元模拟和生产实践结果表明:优化后的工艺参数组合能生产得到弹性回复较小、表面质量好的行星直齿轮冷挤压件,并能有效减小塌角、降低成形载荷.