金属板材渐进成形的数值模拟及破裂预测

针对板材渐进成形破裂预测对应变路径的过分依赖且无法实时预测的问题,首先,运用FORTRAN语言,通过ABAQUS有限元软件的材料子程序接口,将于忠奇破裂准则引入DC56D+Z钢板的VUMAT材料子程序中;其次,分别将于忠奇模型与ABAQUS自带Von Mises模型进行单向拉伸和渐进成形的模拟;最后,结合渐进成形实验与有限元模拟分析,以实验结果为标准,根据有限元模拟的结果,逆向寻找出于忠奇准则下渐进成形模型的临界破裂积分值I.研究结果表明:两种有限元模型的应力应变大小数量级相同,分布一致,从而说明了该子程序的有效性;渐进成形模拟过程中最大破裂积分值I出现的位置在零件的侧壁,与实验结果一致,积分值I=17可以作为预测渐进成形过程中板材是否破裂的有效条件.     

基于Oyane准则的金属板材渐进成形破裂预测

针对渐进成形中的破裂缺陷,将Oyane准则引入数值模拟中,有效预测了渐进成形中金属板料的成形极限.首先,针对DC56D+Z钢板,基于获取的Oyane准则材料参数,通过试验与数值模拟确定了破裂积分值I=4为破裂的临界条件.然后,基于响应面法建立了工艺参数与I积分值之间的非线性模型,且通过方差分析验证了该模型的有效性.研究得出:该数值模型可以有效预测最大破裂积分I值,I值随着成形角α、层间距Δz和工具头直径d的增大而增大,3个工艺参数的影响作用逐渐减弱,且αΔz、αd两种组合的交互作用影响较大.     

两道次板材渐进成形过程仿真与实验验证

针对渐进成形工艺加工侧壁较陡零件时板材厚度减薄严重的问题,通过建立基于ABAQUS的两道次板材渐进成形有限元模型,比较单道次与两道次成形路径下零件厚度分布和等效塑性应变历史变化规律,研究了两道次成形策略对板材成形极限的影响。结果显示,与单道次成形件相比,两道次成形件变形量最大的区域离零件底部更近,在所选A、B、C3点处的等效塑性应变最大值分别减小了66.2%、81.9%和36.0%,且板材变形更加均匀,使零件最小厚度增加了16%左右,表明两道次成形路径能大幅提高板材成形极限。经实验验证,数值模拟结果基本与实际吻合。     

金属板料单点渐进成形轨迹优化及模拟研究

表面质量差是金属板料渐进成形工艺的重要缺陷。针对曲面零件单点渐进成形表面质量差的问题,文章提出了一种基于零件截面曲线形状用增量弧长S0来控制增量步长Δz的方法,建立了Δz与增量弧长S0间的计算关系;以曲面零件为研究对象,与固定增量步长成形方法对比,利用有限元软件ANSYS/workbench模拟零件单点渐进成形过程,分析了S0对板料厚度变化和板料应变的影响。试验与模拟结果表明:该方法不仅有效改善了曲面零件成形后的表面质量,单件零件成形效率也明显提高,加工层数为30层时,成形效率提高19%,50层时,成形效率提高22%;优化方法得到的零件在平缓曲面处厚度更厚,该处零件厚度随着S0的增加而增加;优化方法导致的板料应变大于传统成形方法,且S0越小应变越均匀,但最终板料应变趋于一致。     

面向板材渐进成形工艺的单元路径生成

针对板材渐进成形工艺成形时间长的问题,提出一种基于单元的成形路径生成方法.首先,分析适用于渐进成形工艺的单元路径规划原则;然后,对数据模型进行分层计算得到一系列等高线刀位点轮廓,建立每层轮廓内的环之间的拓扑关系(C-Net结构),以及每层轮廓之间的拓扑关系(Z-C-Net结构);最后,结合单元路径规划原则,从Z-C-Net结构中提取出单元序列,并对各个单元实施合适的子路径规划,以及子路径之间实施合理的连接,使成形路径最短.实例计算结果表明:应用单元路径规划与等高线路径规划相比,可节约22.5%的成形时间.     

两道次渐进成形表面粗糙度的预测和分析

为了研究两道次渐进成形的表面质量,采用响应面法来分析和优化两道次渐进成形的整体表面粗糙度.首先,通过Box-Behnken设计方法制定以成形角α、道次间隔角度Δα、层间距Δz和进给速度V为主要研究参数的试验计划.其次,建立了四个工艺参数与成形件表面粗糙度间的数值模型,并结合实验与方差分析(ANOVA)验证了数学模型的准确性.然后,利用数值模型探讨四个参数及其相互作用对表面粗糙度的影响情况.最终得出:层间距、道次间隔角度、成形角及进给速度对表面粗糙度的影响依次减弱.当V增加时,粗糙度值先减小再呈增加趋势;当Δz,Δα和α增加时,表面粗糙度值随之增加.此外,通过优化提出了获得最优表面质量的参数组合,并通过实验验证了这组参数组合的优越性.     

基于实体单元的板材渐进成形数值模拟分析

为研究渐进成形的成形机理及工艺参数对成形力的影响,应用三维实体单元对成形过程进行数值模拟分析和相应的实验研究.在解决数值模拟中运动轨迹加载等难点问题的基础上,合理简化有限元分析模型,提高数值模拟计算效率.采用坐标网格法实验,并通过检测板材厚度的变化,验证了模拟结果的准确性.通过对模拟和实验结果的研究分析,提出了一种不同于剪切变形的新的变形机理,即主要变形区的板材是平面内拉伸变形及局部反向弯曲变形的组合;对成形力的数值模拟正交实验表明层间距是成形力的主要影响因素,并且成形力随层间距的减小而减小.     

5083铝合金GTN损伤参数求解与成形极限预测

GTN(Gurson-Tvergaard-Needleman)损伤模型被广泛用于预测金属的韧性断裂,但损伤参数多且求解困难,限制了其实际应用。以5083铝合金为研究对象,通过扫描电镜观察不同变形阶段拉伸试样的孔洞体积占比确定GTN损伤参数的取值范围;借助中心复合实验设计方法构造拉伸曲线关键变量与GTN损伤参数的响应曲面模型,应用NSGA-II遗传算法优化铝合金板料的损伤参数;将优化后的GTN损伤参数应用于有限元分析中,利用数值模拟方法预测5083铝合金的成形极限图(FLD),并通过Nakazima试验测得铝合金板料的FLD,与数值模拟结果进行对比分析。研究结果表明：GTN损伤模型预测的FLD与实验结果的相对误差在10%以内,且拉压变形区域的预测精度高于双拉变形区域的预测精度。     

金属板材多道次渐进折弯成形的回弹补偿

在模具型面的位移修正法(DAM)、平滑的位移修正法(SDAM)和成形传递函数法(DTFM)的基础上,提出一种基于傅里叶结合小波变换的离线闭环控制迭代算法,进行折弯凸模型面修正,实现回弹补偿.为减少模具和人工成本,借助数值模拟替代闭环控制迭代修正所需的工件成形回弹试验.将上述凸模型面修正算法应用于半椭圆形工件的渐进成形加工,平均误差是-0.493～0.573 mm.实际应用结果显示所提出的算法对减少渐进成形回弹误差是合理可行的.     

板材多道次渐进折弯成形回弹补偿的模具修正

金属板材多道次渐进折弯因回弹使成形后的工件形状与目标存在误差.文中借鉴单一道次冲压成形模具型面修正的思路,将模具型面的位移修正、平滑的位移修正以及成形传递函数法应用到多道次渐进折弯成形的模具修正,实现回弹补偿.实验结果表明,基于单一道次冲压的闭环成形传递函数法用于多道次渐进折弯模具修正可快速有效提高成形工件精度.     

基于遗传神经网络的数字化渐进成形回弹预测

针对传统BP神经网络具有易陷入局部极小等缺陷,采用遗传算法(GA)对BP神经网络(初始权值、阈值)进行了优化,将人工智能技术和激光扫描测量技术有机结合,建立了金属板材数字化渐进成形回弹预测的遗传神经网络模型,对计算结果与BP神经网络预测结果进行比较,表明遗传神经网络预测值与实测值之间具有很高的相关性和精确度,该模型可用于预测渐进成形工艺参数与回弹量之间的映射关系,为金属板材数字化渐进成形回弹量的预测开辟了一条新的途径.     

基于响应面法铝合金盖板冲压成形工艺参数优化

为改善铝合金板材冲压后的回弹缺陷,以某笔记本电脑后盖板为研究对象,基于Creo Parametric软件构造了板材和模具的几何模型,通过LS DYNA有限元软件建立仿真模型,利用Quantum XL数据分析软件设计了压边力、模具间隙和冲压速率三个关键因子的响应曲面试验,得到了盖板整体最大回弹量、截面轮廓回弹角度两个响应值的二阶回归模型,并由响应面模型求解出最优参数组合为：压边力11kN,模具间隙0.7mm,冲压速率1000mm/s。     

高成形性镁合金板材的成分优化

镁是最轻的金属结构材料。然而,镁合金板材具有织构强,室温成形性差的瓶颈难题,限制其广泛应用。虽然研究发现在Mg–Zn–Zr合金体系同添加钙或钆能弱化织构,提高成形性,但这两种元素添加后对的效果尚未有过系统比较和研究。本文旨在展现微合金添加钆和钙对于显微结构和力学性能的影响规律。本文发现,Mg–Zn–Gd–Zr 与 Mg–Zn–Ca–Zr轧板有类似的弱织构,但是Mg–Zn–Gd–Zr轧板的延伸率和成形性高于Mg–Zn–Ca–Zr。当在Mg–1Zn–0.5Zr合金中添加0.4wt%钆、0.2wt%钙时能获得最高的室温延伸率,其深冲成形性可以和铝合金板材6016相媲美。当钙的含量从0.2wt%提升至0.5wt%后,合金板材的延伸率与成形性下降,其主要原因是钙的过量添加导致了晶界脆化,降低了晶界韧性从而裂纹容易从晶界处萌生并扩展。     

2E12铝合金板材疲劳寿命的灰色预测

2E12铝合金是一种比较理想的飞机蒙皮材料,为了更好地预测2E12铝合金的疲劳寿命,文章以2E12试件为研究对象,进行疲劳试验,获得材料的S-N曲线,利用灰色系统理论建立GM(1,1)模型和等维灰度递补GM(1,1)模型,生成预测模拟值,将模拟值和试验数据进行残差检验,验证预测数据的准确性,从而得出模型预测S-N曲线。计算表明,GM(1,1)模型和等维灰度递补GM(1,1)模型的预测模拟值与初始数据基本一致,模型预测S-N曲线与材料S-N曲线吻合程度较高,因此,可通过以上模型实现对2E12铝合金板材的疲劳寿命预测。     

铝合金薄壁矩形管绕弯成形起皱极限的预测

失稳起皱是铝合金薄壁矩形波导管绕弯成形过程中的主要缺陷之一,严重制约着薄壁矩形管绕弯成形极限的提高。笔者采用有限元数值模拟结合正交回归分析的方法,建立了薄壁矩形管绕弯成形起皱波纹度回归预测模型,并通过实验验证了该模型的可靠性;在此基础上推导出了基于失稳起皱成形极限的解析模型。研究获得了芯头个数、防皱块与管坯间隙及芯模与管坯间隙对起皱极限的影响规律,并获得了铝合金薄壁矩形管绕弯成形起皱极限图。该研究为提高实际生产中薄壁矩形管绕弯成形质量提供了依据和指导。     

激光拼焊板破裂判据的建立及成形极限预测

为准确判断差厚高强钢激光拼焊板何时、何处发生破裂,在失效行为研究的基础上建立一种新的破裂判据.该破裂判据为:在建立拼焊板左半边成形极限图时,凸模载荷达到最大值时拼焊板发生破裂;在建立拼焊板右半边成形极限图时,拼焊板应变路径向平面应变状态漂移时破裂发生.基于该破裂判据,结合对高强钢拼焊板成形极限试验的仿真,建立其成形极限图.预测结果与试验数据吻合较好,验证了拼焊板破裂判据的正确性和有效性.基于建立的破裂判据,结合对拼焊板成形极限试验的有限元仿真,能够准确、快速获得差厚高强钢激光拼焊板的成形极限图.     

薄材多点成形中回弹的预测

多点成形技术是三维曲面板类件柔性成形的新技术.在薄板边多点成形中,回弹是一个必须解决的问题.论文中采用显-隐式算法分析了板材厚度、曲率半径对柱面、球面等典型曲面的多点成形回弹的影响,得到了回弹趋势和回弹分布规律,这些结果对多点成形技术具有一定的参考价值.     

非线性两点边值问题的对称正解

利用锥的不动点指数定理,讨论了以下非线性两点边值问题-x″(t)+2ρx(t)=f(x(t)),t∈(0,1),αx(0)-βx(′0)=0,γx(1)+δx′(1)=0,的正解.其中f∈C(R+,R+),ρ>0,α,β,γ,δ≥0,(α+β)(γ+δ)>0,且αδ=βγ.     

定向井破裂压力预测方法及计算参数敏感性分析

定向井破裂压力预测是正确设计安全钻井液密度窗口,确保井壁稳定,减少井漏、井塌而引起的井下事故的基础。利用测井资料可以方便快捷地计算定向井破裂压力,使用Eaton模型、Stephen模型和多孔弹性模型对4口井3个深度点分别进行了地层破裂压力计算分析,并给出了3种方法计算地层破裂压力的误差,结果表明多孔介质弹性斜井模型更为适应任意井斜、方位的斜井,可达到较高的精度。同时,对影响该模型中破裂压力大小的计算参数进行了敏感性分析,为准确分析定向井破裂压力提供了重要技术参数。     

工艺参数对铝合金微齿轮热挤压成形的影响

针对7075铝合金微齿轮挤压过程中出现的微尺度效应问题,将退火后的7075铝合金进行等温微压缩试验,获得材料的真实应力应变曲线,导入DEFORM软件,并模拟微挤压成形过程。定义挤出端凸度来评定微挤压件的成形性能,挤出端凸度越小,则成形性越好。设计正交试验,研究入模角、坯料直径、挤压温度、挤压速度和摩擦因数等对微齿轮热挤压成形过程中最大成形载荷和成形性能的影响规律。分析结果表明：坯料直径对最大成形载荷和挤出端凸度的影响均最大;挤压速度对成形载荷的影响较大,挤压温度的影响次之;挤压温度对挤出端凸度的影响较大,挤压速度的影响次之;入模角和摩擦因数对成形载荷和挤出端凸度影响均较小。通过优化工艺参数模拟挤压得到质量良好的微齿轮。