ALE有限元法在金属塑性成形领域的研究进展

任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)方法的出现及其在流体力学中的成功应用,使其在固体力学,尤其是金属成形领域受到广泛关注。文章对ALE方法在金属成形领域的应用和发展作了全面的回顾,分析了其中的关键技术、存在的技术难点以及未来的发展趋势。

有限元模拟在后轴支架锻造设计中的应用

针对汽车后轴支架,进行锻造过程三维有限元模拟和工艺、模具设计。采用刚粘塑性有限元模拟技术,得到锻件内部应力场、应变场等参数,分析了这些参数对锻件塑性变形的影响。在此基础上,对此类锻件传统的锻造工艺进行了改进,将预锻工序由开式模锻改进为封闭飞边闭式模锻。同时,模具设计重点从预成形设计考虑,给出了合理的制坯模具设计。在40MN热模锻压力机上进行了试验,试验表明,模拟结果和实际成形过程吻合良好。

人工免疫算法及其在塑性加工中的应用

人工免疫系统是模拟自然免疫系统信息处理功能的一种智能方法,具有学习、自组织、记忆等进化学习机制。文章介绍了生物免疫系统信息处理机理;论述了多种人工免疫模型及一般的免疫算法结构和克隆免疫算法,并讨论了免疫算法与其他技术的融合;综述了现在各种人工免疫系统在工程方面的应用;对人工免疫系统在塑性加工领域的应用进行了展望与探讨。

铝合金型材聚氨酯柔性垫弯曲研究

型材聚氨酯垫弯曲是一种将超弹性的聚氨酯垫作为弯曲凹模的型材弯曲新技术。通过调节型材压入聚氨酯垫的深度,可得到具有不同曲率半径甚至变曲率半径分布的零件。文章首先设计并制造了聚氨酯垫柔性弯曲装置。利用研制的聚氨酯垫柔性弯曲装置,以槽形截面铝合金型材为对象,通过实验,研究了压入深度和型材曲率半径的关系,以及型材截面形状对曲率半径的影响。结果表明,对于所研究型材,其曲率半径随压入深度的增加而减小。当压入深度较小时,曲率半径迅速减小;随着压入深度的继续增加,曲率半径的缓慢减小。当采用不同弯曲方式时,型材截面抗弯模量的变化以及截面中性层位置的变化,都对弯曲件的曲率半径有重要影响。截面抗弯模量越大弯曲越困难,截面中性层与压辊轴线的距离越大,曲率半径越小。

U形弯曲工艺参数对制件形状和成形载荷的影响

在大口径直缝埋弧焊管UOE成形工艺流程中,U形弯曲件横断面上直壁段的倾角和底部的曲率半径是控制成形质量的两个关键指标。文章采用平面弹塑性模型,借助于有限元数值分析方法,对UOE成形过程中的板坯U形弯曲进行了数值模拟。基于数值模拟结果,分析了在U形弯曲时弯曲凸模和水平辊的工作行程以及水平辊的初始位置等工艺参数对板坯变形规律、弯曲件横断面直壁段倾角、底部曲率半径以及成形载荷的影响。

矩形盒件冲压成形过程中板料的流动研究

矩形盒件的成形过程非常复杂,是一种包含几何非线性、材料非线性、边界条件非线性的复杂力学过程,影响因素颇多,规律难以定量表达[1]。文章采用MSC.Marc有限元软件,模拟了5种不同长宽比模具下矩形毛坯的成形过程,记录了特殊点线的前后变化,找出了矩形盒件成形过程中材料的流动规律,以及不同的长宽比模具对材料的转移量的影响,并实验验证了模拟结果的可靠性,为矩形件成形的理论推导提供了可靠的依据。

高中压转子钢TR1200高温变形行为的研究

TR1200钢具有良好的高温强度和高温蠕变性能,可以用于制造超超临界汽轮机高中压转子。文章研究了高中压转子钢TR1200在温度1000℃～1200℃,变形速度0.005s-1～0.5s-1变形条件下的高温变形行为,以及该钢在变形速率为0.05s-1条件下变温两步变形行为。获得了TR1200钢的热变形方程和发生动态再结晶的临界条件,从而初步确定了TR1200钢锻造生产中应当采用的变形温度和变形速率等参数范围。

变形条件对AZ61镁合金力学行为的影响

用热模拟实验机对AZ61镁合金在变形温度为150℃～400℃,应变速率为0.01s-1～10s-1的条件下进行压缩变形,研究不同变形条件下AZ61镁合金的力学响应。结果表明,AZ61镁合金压缩变形时表现出动态再结晶特征,随温度上升,再结晶容易发生且应力峰降低;随变形速率增加,发生再结晶转变的临界应变增大。相比之下,变形温度对AZ61合金力学行为的影响要大于应变速率的影响。

保温时间对置氢钛合金超塑变形组织的影响

文章通过高温拉伸实验和扫描电镜观察,研究了保温时间对置氢TC4合金超塑流动特性及其组织的影响,结合高温组织和钛氢相图分析了影响机制。研究表明,合适的氢含量及合理的保温时间可以使组织发生动态再结晶并得以细化,有利于提高TC4合金的超塑性。置氢TC4合金的超塑变形的最佳工艺参数为,超塑变形的温度为840℃,保温时间为25min,应变速率为10-3s-1,氢含量为0.3%。

固态塑性成形过程中界面接触换热的实验研究

文章通过自制的接触换热系数测量设备对纯铜与3Cr2W8V合金钢、不锈钢与不锈钢间的接触换热系数进行了实验研究。分析了温度和载荷对接触换热系数的影响,并且分析了在铝合金和模具钢的接触面间加入玻璃润滑剂后对接触换热系数的影响。实验结果发现,接触换热系数与温度的关系并不是简单的正比关系,而与载荷的指数近似成正比关系,且在接触面涂上玻璃润滑剂后,接触换热系数可大大降低。

铝合金板织构组分单晶屈服轨迹计算

织构单晶体组分研究是分析多晶体板材塑性各向异性的基础。文章利用晶体学屈服函数CMTP方法,结合塑性力学知识计算得到6个常见单晶体织构组分产生的屈服轨迹形状,分析织构组分对板材各向异性影响,结果表明,6种织构组分在不同拉伸坐标系中产生的单晶屈服轨迹呈多边形或椭圆形,并随散布宽度增加而扩大。{001}<100>织构组分有利于多晶体板材产生各向同性,{123}<634>织构组分则易于形成各向异性。

SIMA法处理AZ61热、冷压形变及半固态等温组织的比较研究

研究镁合金AZ61在SIMA法处理过程中压缩形变条件下,冷或热形变方式、形变率以及相应的等温热处理参数等对组织的影响规律。在同等热处理条件下,进行冷或热形变方式两套实验方案比较研究。结果表明,SI-MA法中,镁合金AZ61预变形采用热变形或冷变形均可得到细小非枝晶组织,虽演变机理不同,但在储存能趋于饱和之前,增加镁合金试样的热形变率或冷形变率,可以使热处理后非枝晶化效果和质量提高,但必须选择适当的等温热处理温度和保温时间。

板带轧制压力多极边界元法解析

针对多个物体同时接触的轧制工程问题,各物体对锁定分析对象发生耦合变形,对各物体抽象出来研究存在简化较多、计算精度低等缺点,文章开发了多物体弹塑性摩擦接触多极边界元法,在无任何人工假定下,按原样对板带四辊轧制接触问题进行数值模拟,解析了板带轧制压力分布规律,为有效提高板带质量提供理论依据。

一种RBF神经网络在某冷连轧机组轧制力计算中的组合应用

为提高冷连轧机组轧制力计算精度,采用RBF神经网络与数学模型计算轧制力,轧制力偏差在11%以内,远小于单纯使用数学模型;而后组合使用长期数据修正网络、短期数据修正网络、速度修正网络(三者都为RBF神经网络)进一步提高轧制力预报精度。上述方法已成功用于某2130mm冷连轧机组过程控制系统,误差在±5%以内。这充分证明,RBF网络可以成功用于轧制过程控制。

管材滚压剪切的断口分析及实验研究

文章采用大型商用显式动力学有限元分析软件ABAQUS/Explicit模拟了圆形截面管材的滚压剪切过程,所计算的变形结果与相关实验数据符合较好,揭示了滚切过程的断裂机理,并得到了Φ76mm×3.5mm钢管滚切生产过程中影响断口质量和生产效率重要工艺参数的较为合理的匹配关系。

单机架可逆冷轧机工作辊热变形计算

在分析了影响冷轧工作辊热变形的因素基础上,用数值积分的方法计算了冷轧过程中的塑性变形功和摩擦热,进而用简化方法计算了工作辊周向热流,从而确定轧辊表面温度后,采用差分法计算了工作辊内部的温度场以及热变形,并开发了相应的计算程序。用该程序计算并分析了某单机架可逆冷轧机工作辊温度场和热凸度规律,实例证明,该方法精度满足实际要求,为该轧机板形控制提供了分析依据。

T型异型材气辅口模挤出胀大的数值模拟和实验研究

文章建立了描述塑料异型材气辅挤出成型过程的理论模型,对T型异型材气辅口模挤出成型过程进行了三维等温数值模拟和实验研究。研究表明,相对于传统挤出成型而言,气辅挤出不仅有效减小挤出胀大,而且能精确控异型材的形状及尺寸,有利于实现高速高效高质量的异型材挤出成型。此外,还研究了工艺及物性参数对异型材挤出胀大的影响,揭示了其影响机理及规律。

钛合金TC4切削过程流动应力模型研究

运用有限元技术对切削过程进行仿真可以预测切削力、切削温度、应力分布,优化刀具参数和切削条件。建立适合于切削条件中大应变、高应变率条件下材料的流动应力模型,是切削过程有限元仿真的关键技术。文章通过正交切削实验和有限元迭代的方法,修正了难加工材料TC4在大应变、高应变率条件下的J-C流动应力模型,使修正模型能够适应切削仿真中的大应变、高应变率要求。计算结果表明,采用新的J-C流动应力模型进行计算,所得主切削力值与实验测量值的平均误差从36.28%降为12.06%,进给力的平均误差由原来的61.03%降为现在的25.57%。该修正的流动应力模型比用霍普金森实验所得到的流动应力模型更适合于切削过程的有限元仿真,可以提高切削仿真的计算精度。

逆向工程中回转面特征参数的提取

从某种意义上说,逆向工程是从已有实物的测量数据点中提取特征参数进行模型重建的过程。回转面是机械零件中常见的几何特征,文章首先介绍了任意位置回转面特征参数的提取原理,然后采用极小惯量法运用MAT-LAB语言求出截面点云数据的对称轴及其垂线,通过截面点云对称轴并以其垂线为法矢量构造平面,该平面与数据点云求交,即得到回转面的母线数据点,运用NURBS曲线拟合得到母线,再应用极小惯量法求出母线数据点云对称轴,即回转轴线,从而实现了回转面的构建,最后用实例验证了该方法的正确性。

《塑性工程学报》征稿简则