基于数值模拟的无芯模旋压收口工艺

为深入研究旋压收口成形机理,并为实际工艺过程提供依据,文中建立了单旋轮无芯模旋压收口成形的大变形弹塑性有限元模型,使用有限元分析软件MARC,对旋压收口成形过程进行三维弹塑性有限元模拟．对旋压成形过程的变形机理及应力应变分布的分析结果表明,变形金属在旋轮与毛坯的接触区受三向压应力作用;从已变形区到未变形区,轴向拉应变逐渐过渡为压应变,径向压应变则过渡为拉应变．随着压下量的增加,等效应力增加,径向应力最大值均出现在口部直身以及过渡圆角内壁,最薄区域（拉裂危险截面）出现在过渡圆角位置．有限元模拟结果与实际旋压变形规律吻合良好,为收口旋压成形工艺的制定提供了理论依据．     

平面应变状态混凝土等效单轴应变本构模型研究

推导了平面应变状态下的等效单轴应力－应变关系，以应力－应变曲线试验值与计算值的误差达到最小为目标，反演出双向受压时相应于强度值的等效单轴应变值，并回归得到其计算公式；同时对一拉一压，双向受拉及一向开裂，双向开裂等受力状况提出了εic的计算方法；经对现有强度理论的分析比较，选择了适合平面应变状态的强度准则，从而得到了平面应变状态混凝土等效单轴应变本构模型。     

圆锥形零件拉深成形时应变,应力分布的实验研究

用实验研究的方法分析了锥形件冲压成形过程中悬空侧壁的外凸（靠近凹模圆角部分）内凹（靠近凸模圆角部分）曲面,根据变形前后质点在坐标关系用几休方程确定了各质点的真实变变分布,用力的平衡方程给同子悬空侧壁的应力分布规律,并对应变,应力分布进行了分析和研究,利用已确定的板面内的真实应力,应变分布,根据对锥形件成形过程中各接触区域的受力分析,首次确定并分析了各接触区域的接触应力分布形式及特点,同时根据对凸模     

弯应力作用下混凝土结构水力劈裂试验研究

混凝土重力坝坝踵在运行期间易出现拉应力,是坝体的薄弱区域。为研究该区域的水力劈裂问题,采用四点弯曲弯矩+高水压的联合施载方式,模拟混凝土重力坝坝踵受拉状态下的水力劈裂破坏过程。基于不同弯矩与水压值组合,研究坝踵因施工应力出现初始裂缝情况下的水力劈裂问题。结果表明,裂缝发展过程中,混凝土试件的应变可分为线性段及指数段,当应变进入指数段时,试样临近破坏;较小的荷载增量即会打破稳态,促使裂缝失稳扩展;劈裂水压与拉应力存在叠加效应,若最值作用位置相同,裂缝尖端应力集中现象明显,易引起水力劈裂破坏,若作用位置不同,则受拉截面应变分布较均匀,较大限度地发挥了混凝土受拉截面的抗劈拉能力,减弱了水力劈裂作用。     

ECAP中摩擦和背压对纯铜变形和组织的影响

采用有限元软件Deform-3D对纯铜等径角挤压(equal channel angular pressing,简称ECAP)过程进行数值模拟,分析不同摩擦条件下载荷变化、等效应力和等效应变的分布情况,并对纯铜微观组织进行观察;同时模拟不同背压条件下材料的变形过程,分析塑性变形区的应变速率和等效应变分布情况.结果表明:随着摩擦因数增大,载荷峰值明显增大,但对载荷在变形过程中的变化趋势影响不大;等效应力和应变分布不均匀;试样的晶粒细化程度变大但分布均匀性下降;背施加压有利于减小塑性变形区,等效应变分布更加均匀,材料的变形均匀性提高.     

钢筋混凝土受拉在垂直方向产生的压应力

钢筋混凝土薄膜元受拉时，与匀质材料不同，混凝土开裂后，在垂直方向产生的不是拉应力，而是压应力。文章基于钢筋混凝土薄膜元受拉试验和回归分析，给出混凝土开裂前、钢筋屈服前、拉应变小于０．００８ 和大于０．００８ 时的应力应变关系式。公式中的相关系数Ｒ 均接近于１．０，说明回归曲线是合理而有效的     

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.     

钢/聚丙烯/钢板拉深中塑料变形的有限元分析

利用弹塑性大变形有限元法模拟钢/聚丙烯/钢复合层板的拉深成形过程,研究了聚丙烯板材内的塑性应变发展过程、等效应力分布和总应变能密度分布,分析了不同变形区域的塑性变形特征.研究结果表明拉深中复合板的聚丙烯板材分为5个变形区,即凸缘区(Ⅰ),凹模圆角区(Ⅱ),凸模与凹模间隙区(Ⅲ),凸模圆角区(Ⅳ),凸模底部区(Ⅴ);其中,Ⅴ区是非塑性变形区,Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区沿径向伸长变形,沿周向压缩变形,沿厚向收缩变形;Ⅳ区沿径向伸长变形,沿周向伸长变形,沿厚向收缩变形;Ⅲ区εi值为0.40～0.47,是塑性变形程度最大的区域,且发生了显著的剪切变形;Ⅱ区和Ⅳ区的部分区域也存在明显的剪切变形.     

卡套式管接头塑性松动机理分析

文章考虑棘轮效应定义的材料本构模型,采用频域积分方法得到位移载荷,对管接头塑性松动阶段的行为进行了数值模拟,并探讨了初始预紧力、侧向载荷、摩擦系数对松动的影响规律。结果表明:在轴向预紧力作用下,侧向循环载荷引起的材料棘轮效应导致结构塑性应变不断发展,引起张紧力的下降;第1圈工作螺纹承担载荷较多,等效应力和塑性应变集中于牙根部位;侧向循环载荷下,连接结构的等效应力、接触应力、塑性应变逐渐增大,同一圈螺纹不同位置的材料受拉压程度不同,应力和应变呈非线性变化;较大的侧向载荷幅值、初始预紧力、摩擦系数会加快塑性松动。     

数值模拟板料轧制形变累积的研究

板料轧制形变累积有利于细化晶粒组织,而多道次轧制能增大轧制板料的等效应变与等效应力,实现细化晶粒的目的.以低碳低合金钢AISI-4140板料为研究对象,应用数值模拟软件,仿真轧制过程.通过板料厚度t=4mm轧制为2mm;厚度t=4mm轧制为3mm,再进一步轧制为2mm.对比分析板料的等效应变、等效应力分布,表明在同样变形量条件下,多道次轧制比一道次变形应力大,细化微观组织作用也大.另外,轧制跟踪点的等效应变与应力值在靠近上、下轧辊比中间区域数值大,该区域的晶粒细化明显.     

静态载荷下下前牙双端固定桥基牙牙周膜应力的三维有限元法分析

目的:用三维有限元法分析静态载荷下,下颌前牙固定桥基牙牙周膜的应力和应变分布规律,为固定桥的设计和制作提供理论依据。方法:建立下颌前牙双端固定桥及其支持组织的三维有限元模型并进行静态条件下的垂直及斜向加载,计算基牙牙周膜的应力和应变值,绘出牙周膜的应力分布图。结果:固定桥修复前,垂直载荷下,基牙牙周膜的应力以压应力为主,应力集中在根尖;斜向载荷下,基牙牙周膜的应力主要是拉应力和压应力,应力集中在唇、舌颈缘;固定桥修复后,基牙牙周膜的应力和应变分布规律与修复前相似,但最大应力、应变值都明显增大;牙周膜内表面的应力大于牙周膜外表面;垂直载荷时,牙周膜内、外表面的应力差异更为显著。结论:固定桥的修复基本没有改变基牙牙周膜的应力和应变分布规律,但使上述值明显增大。牙周膜具有明显的应力缓冲作用,垂直载荷作用下的应力缓冲作用比斜向载荷作用下明显。     

拉伸装夹改变铣削残余应力的机理研究

基于平面应变的热弹塑性理论分析了拉伸装夹加工残余应力的形成原理,建立了拉伸装夹加工的应变叠加模型,认为残余应力由加工表面的塑性应变决定,而加工表面的塑性应变是加工过程引入的塑性应变和拉伸装夹产生的初始弹性应变之和. 开展了TC4钛合金的拉伸装夹铣削试验,铣削速度从38m/min到566m/min,拉伸装夹产生的初始应变从0和3.0‰, 铣削完成后,在铣削面内与拉伸方向呈0、30、90、120度的四个方向上分别测量了残余应力.试验结果表明在四个测量方向上拉伸装夹引起的残余应力变化量和产生的初始弹性应变一是致的,验证了应变叠加模型的正确性。     

含缺口受拉平板三维应力场及其对脆性破坏的影响

含尖缺口受拉平板三维应力场 ,在理论上已有多种解析解法但演算复杂。该文从 Neiber解析法出发 ,导出含尖缺口受拉平板三维应力场的实用简化计算方法。对于脆性破坏最有意义的是裂缝尖端附近的应力状态 ,经过理论计算 ,简化解在距离裂缝一定范围内的误差只有 1.2 %。研究了裂缝尖端附近三维应力分布 ,及沿厚度方向的应力分布。结果表明 :应力集中区常处于三向受拉状态 ,其塑性发展受到限制 ,因而极易发生脆性破坏     

倾斜类管件单道次缩径旋压的数值模拟

为了研究非轴对称旋压的成形机理,并为以后的参数优化及工艺设计提供依据,采用有限元分析MSC.MARC软件,基于三维弹塑性有限元理论建立有限元模型,对倾斜类管件的旋压成形过程进行了数值模拟.分析得出了单道次旋压成形时的金属流动特点及应力、应变分布规律,并预测了成形过程中可能出现的缺陷及其区域.模拟和工艺试验结果表明:倾斜使得旋压件的变形网格、应力场、应变场、壁厚分布都呈非轴对称分布,旋压件的三向主应力、应变在圆周方向大致呈正弦或余弦分布;成形时毛坯向0°域倾斜,该区域的起旋点附近具有较严重的壁厚减薄现象,是倾斜类管件旋压成形时较容易发生破裂缺陷的区域.     

薄壁轴向微沟槽铜管高速旋压成形数值模拟

本文利用有限元分析软件MARC对薄壁轴向微沟槽铜管钢球高速旋压成形过程进行模拟,建立了简化的1/4旋转对称模型,并采用了更新拉格朗日算法和全局网格重划分技术,成功解决了模拟过程中的网格穿透和收敛问题.对薄壁微沟槽铜管的成形特征和残余应力、等效应力应变的分布规律进行了分析.结果表明,成形过程中,金属会出现回弹效应并由此产生凹口等缺陷;等效应力应变及三向应力应变沿轴向呈层状分布,表层应力超过材料应力极限导致铜屑产生,且易出现断管现象;沟槽底部的等效应力应变和残余应力大于齿顶与外表面.过大的残余应力容易造成材料脆化,进而产生粗糙形貌.该研究对优化成形工艺参数,抑制缺陷产生有着重要意义.     

预拉伸铝合金厚板内部残余应力分布的测试方法

根据弹性力学理论,针对铝板内部拉、压应力分布所产生的两种不同应变情况,推导出适应不同应变情况的改进剥层应变法.为验证该方法的准确性,通过有限元的方法对试件施加已知的初始内应力,运用生死单元技术模拟材料的去除,将得到的应变代入利用推导公式设计的VB数据处理系统中求出剥层深度应力.将求得的应力与初始已知的应力相比较,发现两者能很好地吻合,说明该方法可以用于预拉伸铝合金厚板内部残余应力的测量.     

轿车侧框冲压成形过程的仿真与试验分析

用数值仿真与实验分析方法研究轿车侧框的拉延成形过程．根据计算结果，对成形后的厚度变化和变形余裕度以及侧框成形的材料参数进行了讨论．通过仿真计算和实际冲压结果的比较，评价了覆盖件冲压成形仿真建模的合理性和仿真结果的准确性．结果表明，拉延后侧框在几个拐角处应力明显集中，接近局部颈缩，可能在后续工序中出现颈缩甚至破裂；动态仿真技术可准确地分析覆盖件的冲压成形过程．     

爆炸衬砌过程中流态砂浆内应力变化规律的数值模拟

应用DYNA-2D有限元程序,对爆炸衬砌过程中流态砂浆内的应力变化进行了数值模拟研究。研究表明,流态砂浆进入应力振荡阶段后,应力振荡的特征是砂浆内各单元不仅沿径向呈层状振荡,而且还沿切向呈团状振荡。在应力振荡初期,以沿径向层状振荡为主;在炸药爆炸并达到最大压力的同时,砂浆内部各单元受到最大压应力的冲击作用。     

薄壁轴向微沟槽铜管高速旋压成形的数值模拟

利用有限元分析软件MSC.Marc建立了简化的1/4旋转对称模型,对薄壁轴向微沟槽铜管的钢球高速旋压成形过程进行模拟,并对成形特征和等效应力应变、残余应力的分布规律进行分析.结果表明:成形过程中,金属回弹效应会导致齿根部出现凹口缺陷;等效应力应变及三向应力应变沿轴向呈层状分布,沟槽管外壁面应力超过材料应力极限导致铜屑产生,且易出现断管现象;沟槽底部的等效应力应变和残余应力大于齿顶与外壁面的应力;过大的残余应力容易造成材料脆化,进而产生裂纹等缺陷.