调宽轧制平轧过程轧件角部应力研究

对调宽轧制“狗骨”材在平轧过程中的变形行为进行了有限元模拟,分析了“狗骨”材峰顶位置、最大狗骨高度、道次压下量对平轧过程轧件角部拉应力的影响·结果表明:“狗骨”材峰顶位置对轧件角部拉应力影响较大,达到66·7%,最大狗骨高度、道次压下量对轧件角部拉应力影响较小;随着狗骨位置的增加,轧件角部拉应力增加·研究结果对指导生产、提高成材率具有重要意义·     

展宽角对楔横轧4Cr9Si2气门成形质量的影响

借助刚塑性有限元DEFORM-3D对4Cr9Si2马氏体耐热钢楔横轧成形过程进行了数值模拟,分析了展宽角对楔横轧轧件成形缺陷的影响规律.在楔横轧轧制刚楔入时,轧件的心部受到三向拉应力的作用;展宽角减小,轧件在楔入段时三向拉应力最大值和持续时间增大,使心部缺陷产生的可能性增加;而展宽角减小,金属轴向流动速度加快,使得对称中心在楔入段完成后的直径减小,而轴向力则随着展宽角减小,其数值还有一定的增大,最终将导致对称中心横截面拉细状况的产生;随着展宽角增大,表面螺旋痕将会增加,但展宽角对表面螺旋痕的影响不明显.通过实验验证了有限元的正确性和模拟结果的可靠性.     

楔横轧等内径空心轴的热力耦合数值模拟

应用三维刚塑性有限元DEFORM-3D软件对等内径空心轴类零件的楔横轧成形进行了热力耦合数值模拟,分析了轧制过程中轧件内部的应力、应变场及温度场分布规律,揭示了轧件变形过程中横截面椭圆化和轧件外表面轴肩部分产生隆起以及内表面在靠近台阶处产生凹陷的原因,阐述了轧件在轧制过程中温度的变化及变化的原因.模拟结果表明,用楔横轧工艺轧制等内径空心轴是完全可行的.     

轧制问题的有限单元法解

本文在平面应变条件下,假设轧件为应变硬化的刚塑性体,轧辊为不变形的刚体,轧辊与轧件之间的接触摩擦条件为粘着,即轧辊与轧件之间无相对滑动。用刚塑性有限单元法计算了平板轧制过程的单位压力,金属流动速度和应变、应力分布等,并对接触弧长、刚塑性交界面、前滑系数和中性角等的确定提出新的看法。 有限单元法计算程序是以刚塑性广义变分原理为基础,采用八节点曲边四边形等参单元。根据在四辊轧机上轧制铝板的实测数据,对计算结果进行验证。     

界面端脆性开裂扩展的数值模拟

用有限元分析了简支梁下表面粘贴异质材料后粘贴材料性能及结合角对界面端附近应力分布的影响,在此基础上,分别应用最大切应力准则和最大周向拉应力准则对界面端开裂扩展进行了数值模拟.计算结果表明,粘贴材料的性能及结合角仅对界面端附近的应力数值有影响,而对其分布规律影响不大;界面端或者由最大切应力引起沿界面开裂扩展,或者由最大周向拉应力引起垂直于界面在梁内开裂扩展.     

基于连续介质的裂隙岩体流固耦合数值分析

基于库区水位涨落或暴雨入渗,经过演变易造成滑坡,研究渗透压作用下裂隙损伤效应对渗透张量的影响,通过理论推导,提出裂隙岩体渗流场与损伤场耦合的分析模型;以湖北潘口水电站进水口边坡为研究对象,建立基于连续介质的裂隙岩体流固耦合渗流数值计算分析方法。研究结果表明:边坡在开挖过程中变形以卸荷回弹变形为主,回弹变形范围随开挖逐级增大,各级边坡开挖对邻级边坡变形的影响最显著,对较远坡段的影响逐步减弱;边坡开挖面基本处于小拉应力状态,边坡浅表层拉应力区分布范围及量值均很小;边坡全部开挖完成后,边坡的塑性区主要沿近坝的开挖马道外缘分布,分布范围小,在表层岩体内;裂隙岩体流固耦合模型的三维数值计算能够较真实地模拟边坡开挖过程位移场、应力场、塑性区、拉应力区的分布规律。     

拉压性能不同材料全量型本构关系及环板的应力分析

将经典全量理论作了推广，考虑了应力状态对拉压性能不同材料塑性行为的影响，并用其计算了环板的应力分布，结果表明，应力状态塑性体积变形对环板的环向应力影响较大，因此，不能将拉压性能不同材料简化成体积不可压缩的理想材料。     

反向凝固不锈钢复合带平整轧制有限元解析

利用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件对反向凝固不锈钢复合带的平整轧制过程进行了变形 物理场分析,得出了复合带平整轧制时内部各点的塑性应变和应力分布：轧件内存在不均匀变 形,母带的应变大于凝固层,凝固层应变从表面向内部逐渐增大;在轧制变形区内,凝固层的应 力大于母带;轧件的残余应力约为 １９ ＭＰａ．轧制力的解析结果与实测的轧制力基本相符．     

AZ31镁合金热轧开坯变形行为的有限元模拟

采用二维弹塑性大变形热力耦合有限元法(FEM),对半连续铸造AZ31镁合金热轧开坯过程第一道次进行模拟,分析变形区内轧件的应力场、应变场的分布及整个热轧过程中的温度场的变化规律.实验结果表明:在轧件变形区内,等效应力沿轧制方向逐渐增大,在中性面附近达到最大值54.1 MPa,随后又逐渐减小;靠近轧件表层σ_x为压应力,靠近心部为拉应力,在变形区σ_y主要为压应力,由表面到中心σ_y逐渐减小;等效应变沿轧制方向逐渐增大,在轧件出口处达到最大值0.253;在整个轧制过程中,轧件内部节点的温度变化缓慢,而表面节点的温度变化剧烈,轧制完成后,表面温度从500℃降低到467℃,中部温度从500℃升高到503.1℃,心部温度从500℃升高到502.2℃.     

楔横轧成形小断面收缩率轴类件热力耦合数值模拟

借助DEFORM-3D有限元软件针对小断面收缩率轴类件的楔横轧成形过程进行热力耦合数值模拟,分析轧件在成形过程中的温度变化规律;通过与常规断面收缩率轧件进行对比,得到小断面收缩率轧件的各向应力分布状态.模拟结果表明:小断面收缩率轧件与轧辊接触表面的温度变化较为剧烈,而轧件内部中心位置附近温度无显著变化;由于轧制位置的不同,轧件各横截面间的温度变化有所差异,曲线的波动存在着相位差.此外,小断面收缩率轧件在接触变形区周围的横向和径向压应力较大而轴向压应力较小,导致其横截面容易出现椭圆化;其中心附近区域由于受到比常规断面收缩率轧件更大横向和轴向拉应力影响,因而更易产生疏松、裂缝等缺陷.进行轧制试验,验证了模拟结果的可靠性.     

4Cr9Si2马氏体钢气门楔横轧工艺研究

通过热模拟等温压缩实验,获得4Cr9Si2马氏体耐热钢的本构关系.借助DEFORM-3D有限元软件针对4Cr9Si2马氏体耐热钢楔横轧成形过程进行数值模拟,得到工艺参数对轧件缩颈和心部疏松的影响规律.通过轧制实验验证有限元模拟的正确性,对轧制后的轧件进行金相组织分析.研究结果表明:随着成形角增大,楔入段轴向金属流动速度大于横向金属流动速度,减小横向应力最大值和横向应力持续时间,使轧件心部缺陷产生可能性减小;随着展宽角增大,同样可以减小横向应力数值和横向应力持续时间,使轧件心部缺陷产生可能性减小;随着成形角减小和展宽角增大,减小轴向力F2,改善缩颈现象;其横截面中心原奥氏体晶粒尺寸为11μm,气门杆部微观组织得到改善.     

厚壁型钢冷弯应力分析

以厚壁矩形钢管为研究对象,在冷作硬化实验的基础上,对厚壁型钢的塑性弯曲应力沿板厚方向的分布进行解析分析,对其冷弯回弹应力进行数值模拟,将弯曲应力和回弹应力叠加计算冷弯厚壁型钢沿板厚方向的残余应力分布。结果表明,变形外区拉应力由钢板外表面向中性层递减,变化幅度较大;变形内区压应力变化幅度较小;残余应力沿板厚方向近似线性分布;切向残余应力较大,最大值出现在板带的中性层附近。研究结果与相关文献给出的测量结果基本一致。     

磨削加工表面粗糙度理论模型修正方法

大多数计算磨削表面粗糙度的理论公式都是基于砂轮表面磨粒与工件表面的几何创成机理建立的.理论公式虽然计算精度较高,但由于对一些磨削条件的简化,特别是假定工件表面全部由切削过程完成而忽略了材料的塑性隆起变形对表面粗糙度的影响,使其计算结果往往小于实际表面粗糙度数值.分析了磨削加工表面塑性隆起对轮廓最大谷底高度的影响,提出了计算磨削表面粗糙度数值的塑性影响系数及其理论修正公式,并给出了理论计算与实验结果.     

埋深对TBM法掘进隧道应力变形的影响

为了研究不同隧道埋深对围岩应力变形和塑性区发展趋势的影响,对TBM法掘进隧道时的围岩稳定性进行有限元数值分析,分析不同埋深条件对围岩应力变形和塑性区发展趋势的影响。计算结果表明,随着埋深的增加,应力、位移、塑性区、发生岩爆的几率都有不同程度的增加。地应力以构造应力为主,洞周不存在拉应力区,塑性区呈环状分布。当埋深较大时,进行管片收敛变形计算时采用MC准则要优于DP准则,当侧压系数增大时,管片应力变形有不同程度的增加。掌子面附近管片收敛较小,往洞口方向收敛变形值逐渐增大,在距掌子面500 m之外的管片收敛变形趋于稳定。     

钢坯加热的数值模拟

借助CFD仿真手段,模拟蓄热式加热炉内钢坯加热的实际状况,研究了钢坯长度、宽度方向上下表面和中心温度的温度分布,提出钢坯存在上下温差、四角边缘温度高和靠近出钢口钢坯温度低等问题。同时,研究了炉内不同厚度钢坯与加热时间的基本关系,比较了仿真计算结果与实际炉内加热时间,通过数值拟合,得出钢坯厚度与加热时间的拟合公式,可在生产实际中使用。上述研究结果可为加热炉钢坯加热制度的制定和优化提供依据。     

连铸坯液芯轧制的模拟实验与计算

对连铸方坯带液芯轧制的工艺进行了计算机模拟实验的分析,指出了方坯带液芯轧制时的变形特点、应力、应变的变化趋势,以及液芯率的大小对轧制能耗和应力、应变及变形规律的影响.在有液芯存在时,轧件的上下表面向内凹陷,侧面易于形成单鼓变形,并且随液芯率的增大而增大;同时由于静不定的作用引起轧件角部的旋转.加上变形的作用,将导致边部应力大大增加,其表现出来的变化是先减小而后增大的趋势.     

连铸坯液芯轧制的模拟实验与计算

对连铸方坯带液芯轧制的工艺进行了计算机模拟实验的分析，指出了方坯带液芯轧制时的变形特点、应力、应变的变化趋势，以及液芯率的大小对轧制能耗和应力、应变及变形规律的影响．在有液芯存在时，轧件的上下表面向内凹陷，侧面易于形成单鼓变形，并且随液芯率的增大而增大；同时由于静不定的作用引起轧件角部的旋转．加上变形的作用，将导致边部应力大大增加，其表现出来的变化是先减小而后增大的趋势．     

楔横轧一次楔大断面收缩率成形机理

为研究大断面收缩率轴类件楔横轧成形问题,做了楔横轧一次楔成形极限实验.发现楔横轧一次楔轴向拉断成形极限可以远大于通常公认的75%界限,实验中成功轧制出断面收缩率为97.7%的超大断面收缩率轧件.推导了轧件轧制接触区轴向合力公式,利用有限元数值模拟方法分析了杆部对称截面轴向应力,揭示出楔横轧一次楔大断面收缩率可以成形的原因,即在适当条件下轧件变形接触区轴向受力接近于平衡,轧件杆部所受轴向拉应力较小所致.     

小断面收缩率轴类零件楔横轧成形的可行性分析

利用ANSYS/LS-DYNA软件,对楔横轧小断面收缩率轴类零件的成形过程进行了有限元数值模拟,通过与常规断面收缩率轧件对比,分析了小断面收缩率轧件的表面和心部质量情况.结果表明:相同工艺参数条件下,小断面收缩率轧件横截面的椭圆度大于常规断面收缩率轧件;由于小断面收缩率轧件中心点处的平均应力和最大主应力均较大,因而更容易发生心部缺陷.提出了改善轧件表面和心部质量的措施.经轧制实验验证,楔横轧成形小断面收缩率轴类零件是可行的.     

岩石SHPB劈裂分析理论研究

为了分析岩石在冲击载荷下的动态劈裂破坏情况,通过分析巴西圆盘在动态劈裂和静态劈裂时表面应力分布均匀化的相似性,可以将静态劈裂时的弹性理论应用到动态劈裂当中,得到巴西圆盘在动态劈裂下的动态抗拉强度、动态抗压强度、应变率和应变的计算公式.应用三维非线性动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA,模拟巴西圆盘在分离式霍布金逊压杆实验装置上受冲击时动态劈裂的整个实验过程.基于动态抗拉强度公式和动态抗压强度公式,对试件的实际拉应力曲线与计算拉应力曲线进行对比,以及对实际压应力曲线与计算压应力曲线进行对比,通过对比曲线的相互吻合性证明数值模型适用于对岩石冲击劈裂破坏性质的研究.通过分析试样表面的应力均匀化过程以及试样表面对心压缩轴线上拉应力方向的应力分布情况,得出试样在对心压缩轴线表面上的破坏顺序是由从两个冲击端部向中心发展的;通过分析试样沿对心压缩轴线所切剖面上的拉应力分布,得出试样在厚度方向上的破坏顺序是由表面向内部发展的.