大型筒节轧制成形热力耦合模拟和工艺分析

与传统自由锻相比,大型筒节轧制成形是一种先进高效的生产工艺,具有短流程、节能节材等优点。本文采用基于热模拟实验的筒节材料流变应力模型,通过有限元热力耦合数值模拟,研究了大型筒节轧制过程的金属变形和温度演变规律,分析了轧制工艺参数对金属变形的影响,为优化轧制工艺,预测和控制成形质量提供了依据。     

6061铝合金等温挤压工艺参数优化及粗晶环机理研究

借助THERMORESTOR-W热模拟实验机对6061铝合金反向挤压制品试样进行单轴压缩试验、采用金相组织观察分析及DEFORM商业有限元软件等手段,优化6061铝合金等温挤压工艺参数并对粗晶环产生机理进行了初步的研究。结果发现,在挤压速度10mm/s,挤压温度和模具预热温度400℃及出料口温度为453℃条件下,制品横截面温度梯度差较小,基本实现等温挤压;通过对反向挤压制品的金相观察及有限元模拟,发现粗晶区晶粒的长大主要是微应变诱导晶粒的再结晶长大。     

非对称扰动下热轧铝带跑偏过程三维数值模拟

基于大型工程分析软件MSC.Marc,设计了模拟Fi机架轧制过程的三维有限元模型,结合实验研究得到的1235铝合金高温本构方程,模拟出非对称性扰动下,热轧铝合金板带跑偏状态;研究了板带在来料厚度分布横向非对称、辊缝形状横向非对称及来料不对中扰动下,轧制力、板带运动轨迹等轧制参数的横向非对称性;探讨了板带跑偏与轧制力、压...     

2205双相不锈钢变厚度轧制过程仿真分析

针对不锈钢在轧制过程中易出现边裂,影响产品质量问题,基于变厚度轧制及塑性变形理论,结合Gleeble-3800热压缩模拟实验数据,构建2205双相不锈钢的热变形本构方程及不同轧制区域的轧制力学模型.基于变厚度交叉轧制工艺实现板带边部和中部区域的不同压下率控制,采用DEFORM软件对轧制过程进行模拟仿真,并对比分析变厚度交叉轧制与普通平轧的边部损伤情况以及不同厚度区域的金属流动规律.仿真结果表明,变厚度交叉轧制的边部损伤因子相对于普通平轧减小了22%,同时通过改变边部变厚度曲线能够改善边部损伤问题,有效提高不锈钢板带成材率及产品质量.     

铝合金6061微尺度铣削的铣削力仿真与实验研究

采用有限元仿真和单因素实验相结合的方法,研究了铝合金6061微尺度铣削的铣削力影响因素.建立了刀具和工件的三维模型并对其进行装配和网格划分,通过有限元仿真模拟了铝合金6061材料的微尺度铣削过程,得到了铣削速度和铣削深度对铣削力的影响规律,并进行了单因素实验研究.结果表明:随着主轴转速的不断增大,铣削力先增大后减小,转折点为24000r/min;随着铣削深度的不断增大,铣削力先增大后减小再增大,转折点为10μm和12μm;随着进给速度的不断增大,铣削力也不断增大.优选出铝合金6061材料微尺度铣削最优工艺参数组合为:主轴转速48000r/min,铣削深度5μm,进给速度20μm/s.     

H型钢多道次粗轧工艺过程的数值分析

为了分析现有型钢轧制工艺的合理性,必须综合考虑轧件的微观组织演化、轧制力等多方面因素.为此,文中提出了针对H型钢多道次轧制过程的综合数值分析流程,通过热模拟实验和金相观测,建立轧件材料的高温屈服应力模型及奥氏体再结晶预报模型,并构建基于网格重构的多道次仿真分析方法.对某11道次H型钢多道次粗轧过程的仿真计算表明:轧制力的计算结果和现场实测数据吻合较好,现有多道次粗轧工艺对轧件腹板的晶粒细化作用较为明显.     

接触摩擦对H型钢万能轧制影响的仿真分析

以大型H型钢生产线为基础,采用热力耦合弹塑性有限元方法建立万能轧制有限元仿真分析模型,并对不同摩擦系数下的多种工况进行了仿真分析.通过对计算结果的分析,得到不同接触摩擦系数对H型钢万能轧制过程中轧件金属流动和轧制力的影响结果.     

子弹长度对SHPB测试影响的有限元模拟

基于三维弹塑性有限元模型,采用动态显式算法模拟一系列不同长度子弹以相同速度打击 AL6061-T6铝合金试样的分离式霍普金森压杆(SHPB)实验,得到了试样的应力-应变关系.与实验结果对比,两者吻合较好,验证了SHPB测试原理的合理性.模拟结果表明,子弹长度越长,试样的最大应力和塑性变形越大.     

铝合金车轮强度有限元分析研究

针对铝合金车轮动态弯曲疲劳问题,建立了车轮弯曲实验的静态有限元模型,然后使用商用有限元软件LS-DYNA的隐式计算方法,对铝合金车轮在弯矩作用下的应力分布进行了仿真分析.通过对四个典型状态下车轮主应力分布情况的仿真结果评价,确定了铝合金车轮上最易导致疲劳裂纹产生的高应力区域.该计算机模拟实验平台的建立对铝合金车轮的前期设计开发具有重要的指导意义.     

大棒材热轧工艺的数值模拟

大棒材轧制属于高温大变形塑性成形过程,为了研究轧制过程中轧件温度场、应变场及微观组织演变的规律,在热模拟实验的基础上建立了大棒材初轧道次热-力-组织耦合的有限元模拟模型.模拟结果显示,轧制过程中轧件由于发生再结晶使晶粒得到细化,初轧完成后,轧件平均晶粒尺寸由芯部到表层逐渐减小;由于大棒材初轧过程中轧件芯部变形量较小,不利于轧件芯部孔隙性缺陷的压实,因此提高热轧连铸坯的芯部致密度是改善大棒材芯部质量的重要措施之一.     

6061-T6铝合金薄板双脉冲MIG焊动态组合热源模型

为准确得出铝合金薄板双脉冲熔化极惰性气体保护焊（双脉冲MIG焊）焊接温度场分布特征,提出一种基于铝合金薄板全熔透焊接热量分布及焊缝成形特点的动态组合热源模型,通过编写子程序,对有限元软件进行二次开发,实现动态组合热源模型在空间上的分布加载,得出仿真过程焊缝形貌及温度场分布特征. 对2 mm厚6061-T6铝合金薄板进行双脉冲MIG焊对接焊接实验,得出焊缝形貌特征并记录测温点温度数据,绘制测温点的热循环曲线. 对比仿真与实验结果发现,对于铝合金薄板全熔透焊接,利用动态组合热源模型得出的焊缝形貌与实际焊缝形貌拟合较好,温度场仿真误差在允许范围内,最大误差点出现在距焊缝20 mm处,最大误差为12.25%.     

热带钢轧机轧辊热变形的快速有限元模型

分析了解析法与简化方法的缺点,采用有限元法建立轧辊热变形计算模型.针对轧制过程中轧辊热变形计算数据特点,将计算任务分为负责静态数据准备的预计算和负责动态数据准备与热变形求解的更新计算,换辊时进行预计算,计算任意时刻的热变形时只需进行更新计算,计算量远小于标准有限元程序.根据特殊处理的计算流程,编写了基于轴对称有限元法的轧辊热变形程序,其计算结果与ANSYS结果一致,精度均高于简化方法约30%.自编轧辊热膨胀有限元程序计算精度高,耗时少,满足在线热膨胀预报要求.     

热轧高碳钢线材组织-性能预报系统

在模拟实验和工业试验验证的基础上,建立了高碳钢高速线材在轧制和冷却过程中组织演变及力学性能系列模型,包括临界应变、奥氏体动态及静态再结晶、奥氏体相变体积分数、珠光体片间距以及组织-性能关系等子模型.基于以上模型,开发了一个模拟程序,对高速线材生产的物理冶金过程进行了仿真计算,得到轧件的温度场、奥氏体晶粒尺寸演变、最终组织特征和力学性能.模拟结果显示主要轧制温度及最终组织性能与现场实测结果吻合较好.     

5052铝合金轧制织构演变的定量分析

采用X射线衍射仪研究了5052铝合金在冷轧过程中织构的演变规律,建立了织构体积分数与轧制真应变的数学关系式。结果表明,在冷轧过程中初始的cube织构逐渐转化为纤维轧制织构,随冷轧压下量的增加,cube、r-cube、remainder和r-Goss组分的体积分数减少,而纤维组分的体积分数增加;织构体积分数与轧制真应变的数学关系式能很好地模拟铝合金轧制过程中织构的演变;分析了轧制过程中不同织构组分的演变速率,发现随轧制真应变的增加,纤维组分的形成速率先增加而后降低。     

大型整体壁板多层预紧挤压筒装配应力的有限元分析

大型铝型材整体壁板一般在大型挤压机上采用圆挤压筒进行挤压,为了提高圆挤压筒的强度,需要采用多层预紧组合式挤压筒.该文利用ANSYS有限元软件建立了两层套和三层套挤压筒的有限元模型,并利用接触单元法,将配合面拟合为接触面,对装配应力进行了比较分析,为多层套挤压筒的优化设计提供了依据.     

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.     

某车体侧墙立柱焊接过程CAE仿真研究

随着计算机技术的发展,铝合金焊接的数值模拟技术被越来越多的应用,在城市轨道交通行业、车辆制造等工程领域,铝合金因其材料的特殊性,焊后残余应力、焊接变形复杂,其焊接过程的控制成为制造控制的重要因素,本文运用现车焊接试验与有限元分析相结合的方法,利用现实与虚拟协同再现了某铝合金车体侧墙的焊接试验,由此控制和预测的项点包括焊接热输入、焊接残余应力、焊接温度场等参数,解决铝合金车体侧墙在制造过程中的焊接问题。本文利用大型商用有限元软件ABAQUS构建了铝合金车体侧墙的有限元模型、材料本构模型、夹具拘束作用模型,通过与工艺试验对比,实现焊接过程的控制。     

高颈法兰封闭轧制毛坯设计及工艺参数优化

基于环形件轧制理论以及轧制过程中金属体积不变规律,确定了高颈法兰封闭轧制毛坯的设计原则以及工艺参数的极限范围.通过有限元仿真模拟了高颈法兰封闭轧制成形过程,研究了工艺参数对轧制产品质量以及力能参数的影响规律,并确定了本文所研究高颈法兰的最优工艺参数.在D51--450型轧环机上采用自行设计的模具进行了轧制试验,并将试验结果与有限元模拟结果进行对比分析,验证了仿真结果的可靠性.     

铝合金凝固收缩行为研究

通过自行设计的实验装置研究合金在自由收缩和受阻收缩过程中的凝固特征,研究了5083,6061和7075三种典型铝合金的凝固收缩行为,预测其铸造过程中的热裂倾向性,引入衡量合金热裂倾向性大小的评价指标应力累积系数(k).结果表明,本实验装置能够准确记录铝合金凝固过程中温度、收缩位移和收缩应力的细微变化;结合热力学软件JMat Pro的计算结果,提出铝合金凝固过程中4个阶段的特征;实验预测得出3种实验合金的热裂倾向性大小为:k(5083)k(7075)k(6061),与实际铸造过程及CSC预测的结果相符合.研究结果表明该实验装置及数据分析方法具有可行性,利用k值可以准确预测铝合金的热裂倾向性.     

干切削过程中切削力和切削温度的数值模拟及试验

建立了基于拉格朗日增量法的切削有限元模拟模型并分析了正交干切削6061-T6过程中切削力以及切削温度的变化.工件材料的流动应力看成是应力、应变以及温度的函数.模拟过程从刀具切入工件开始直到达到稳态.计算结果包括切屑形态,以及应变、应力、应变速度和温度的分布.同样条件下的多组切削试验用于验证有限元模型的正确性.