机械学科视角下的未来工程技术人才培养现状及发展趋势

随着人工智能、大数据、物联网等新技术的不断发展,工程技术正面临着巨大的变革,智能化成为未来工程技术领域发展的必然趋势。未来工程技术的智能化将极大地促进我国社会经济的快速发展,同时对领域内人才提出了更高的要求。文章从机械学科视角出发,分析了未来工程技术的内涵及时代背景,阐述了未来工程技术人才培养的现状,论述了未来工程技术人才培养的发展趋势,以期为高等院校机械学科人才培养模式改革提供理论实践参考。

性能梯度分布热成形技术研究进展

高强钢热成形技术对实现汽车轻量化,提高汽车的安全性能具有重要作用。传统的热成形技术所得制件具有超高强度,但塑性通常较低,综合力学性能不高。近年来,为了使热成形件兼具高强度和高塑性的力学性能指标,性能梯度分布热成形技术成为学者们的研究热点。通过分析性能梯度分布热成形技术的强化机理,对实现材料性能梯度分布热成形技术的工艺调控思路进行归纳总结;从加工工艺的角度出发,对当前实现性能梯度分布热成形技术的方法进行分析,对如何通过控制初始加热温度、模具冷却速度、改进模具材料和模具与成形件接触面积从而达到材料微观组织渐变分布、性能梯度分布的目的进行详细阐述;对国内外性能梯度分布热成形技术研究现状进行总结与分析,对性能梯度分布热成形技术的主要发展方向及其中存在的关键科学问题,包括理论基础、加热技术工艺实现、性能梯度分布模具设计等,进行深入探讨。性能梯度分布热成形技术对于精确成形、轻量化、高性能、短流程、低成本、环境友好有着重要的作用,是未来热成形技术发展的重要方向。

非均匀温度场下变梯度特性热成形技术研究

传统的热成形工艺所得制件虽具有超高强度,但塑性通常较低,且成形件各部位的力学性能相同,综合力学性能不高,难以满足日益增加的变梯度特性热成形制件的需求。对变梯度热成形技术进行较为深入的研究。利用有限元法分析非均匀温度场下板料热冲压过程,并通过试验揭示非均匀温度场下热成形过程中微观组织的演变规律及其对材料性能渐变性的影响。利用金属固态相变原理中不同的微观组织条件下成形件的力学性能不同,研究钢板热成形过程中板料初始非均匀温度场引起的板料微观组织分布状态,得到分别为铁素体、珠光体组织;铁素体、珠光体、马氏体混合组织;马氏体组织梯度渐变的微观组织形态。这种通过建立板料非均匀温度场达到材料微观组织渐变分布、性能梯度分布的工艺显著提高了成形件的综合力学性能,为深入探讨热成形技术提供了新的研究方向,扩宽了热成形制件的范畴。

板带轧制装备-工艺-产品质量综合控制融合发展综述

精品板带钢生产涉及装备、工艺和产品质量等多方面,其中,装备为工艺提供平台支撑,工艺优化和装备革新直接决定产品质量提升,而终端用户需求和产品质量的提升再次驱动装备和工艺的再创新,这种螺旋式融合发展推动了板带轧制装备、工艺和产品质量系统集成和协同发展。然而,当前装备-工艺-产品质量之间适配度偏低己成为制约精品板带钢产品质量提升的瓶颈,催生出由传统单一学科向多学科交叉融合联合攻关板带轧制领域关键核心技术难题的新发展趋势。围绕板带轧制理论及轧机系统柔性适配理论技术、轧机装备稳健运行控制、产品形性一体化控制理论技术,总结分析板带轧制装备、工艺、产品质量综合控制的最新进展。在板带轧制理论及轧机系统柔性适配理论技术方面,针对轧机负载辊缝变化以及瞬态突变状态下缺乏柔性适配调控能力的技术难题,讨论当前板带轧机负载辊缝形状控制理论技术,提出板带轧制过程装备-工艺-产品适配理论技术,进一步提升装备对工艺和产品的支撑作用和平台功效。在板带轧机装备稳健运行控制方面,分析板带轧机装备传感测试和系统稳健运行控制理论技术等亟待解决的关键科学问题与技术难题,为轧机高质量稳健运行提供技术支撑。在板带轧制产品形性一体化控制理论技术方面,针对轧制产品形状尺寸、表面质量、组织性能跨尺度协同控制难度大的问题,提出轧辊-轧件综合控制理论技术,为板带轧制形性一体化智能高效协同控制提供理论支撑。最后围绕以装备为基础,工艺为关键,产品质量为目标,对板带轧制综合控制融合发展进行了总结和展望。

小断面管材二辊矫直机压扁量分析

压扁加反弯矫直是提高小断面管材矫直精度的有效方法,针对矫直过程中压扁量不易确定的问题,利用大型非线性有限元软件建立小断面管材二辊矫直过程的三维弹塑性有限元模型,研究了不同压扁量时接触长度、矫直力、残余应力、直线度和椭圆度的变化情况。经综合分析后给出合理的压扁量取值范围为0.45~0.70 mm。现场试验结果表明,参考此压扁量取值范围来调节辊缝可以得到很好的矫直效果,减少了辊缝调节时间。

复合辊型管材矫直机辊型设计及有限元仿真

针对六辊矫直机不能对管材头尾实现"三点压弯"进行矫直的问题,采用了双曲线辊型和二辊反弯辊型相结合的复合辊型管材矫直机对管材全长进行高精度矫直。以金属弹塑性理论为基础,推导了强化金属管材弯矩公式,并根据此公式通过Matlab编程计算最佳二辊反弯曲率比取值,与以往依靠经验取值的方法有所不同。通过Matlab求解辊型曲线,并绘制了相应的辊型图。通过有限元模拟软件Marc,建立复合辊型矫直机模型,对矫直过程进行有限元分析,最终得到最佳压弯量(第一对辊子1.0 mm,第二对辊子1.15 mm,第三对辊子1.15 mm,第四对辊子0.4 mm)和压扁量(11.5 mm)。

锥形细长阶梯轴的三辊楔横轧楔形设计及模拟分析

为了解决锥形细长阶梯轴车削加工困难的问题,针对可拆卸穿墙螺栓锥形细长阶梯轴类零件的三辊楔横轧成形工艺进行分析研究。通过轴向轧制力理论计算和有限元模拟分析,得到了三辊楔横轧轧机在轧制非对称轴时的各楔起楔位置,并给出了适合的展宽角β、楔数和坯料尺寸。分析了轧件在三辊楔横轧轧制工况下的非对称轴轧制成形过程中各阶段的应力场和应变场分布状况,以及轧件内部的材料流动速度场和位移场。得到了轧件各特征点的应力应变在整个轧制过程中随时间的连续变化规律。

管材十辊矫直机矫直过程与矫直精度分析

从多斜辊矫直原理以及材料的弹塑性变形机理出发,给出了管材十辊矫直机主要的矫直参数以及合理的矫直辊辊型数据和优化修正数据,建立了矫直辊的三维模型。利用MARC对管材十辊矫直机的矫直变形过程进行了有限元模拟,研究了矫直过程中压弯量、压扁量、矫直速度和辊子倾角对矫直效果的影响,并确定了最佳矫直参数。分析了参数对矫直质量的影响规律,并对矫直效果进行了优化,提出最佳矫直方案。最后,通过试验验证了方案可靠性。

双相材料微观变形行为研究综述

双相材料由于其微观结构上的特殊性使其微观变形行为相对于单相材料而言较为复杂,具体表现为变形过程中具有不同力学性能的两相之间存在着相互协调以及应力应变分配行为,并且影响微观变形行为的因素是多尺度的,目前还无法对其进行定量研究,而单相应力应变关系作为研究双相材料微观变形行为的基础,同样成为当前研究的热点问题。本文对单相应力应变关系的研究进展进行了总结,介绍了获取单相应力应变关系的方法;分别从实验、理论分析和有限元建模3个方面重点阐述了双相材料两相微观变形行为研究现状,简单分析了各种研究方法存在的不足;提出了双相材料两相微观变形行为研究中尚待解决的问题。

一种新型热处理工艺对中碳钢组织性能影响

为提高钢的强塑性,基于传统淬火-碳分配-回火(quenching-partitioning-tempering,Q-P-T)工艺,结合热变形技术,提出变形-淬火-碳分配-回火(deforming-quenching-partitioning-tempering,D-Q-P-T)的设计思想,通过扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和拉伸试验,研究变形作用对试验钢的微观组织结构和力学性能影响,讨论了变形-淬火-碳分配-回火工艺提高钢的强塑性机理,采用变形-淬火-碳分配-回火工艺最终获得了具有高位错密度的板条状马氏体和残余奥氏体组织,实现了钢的多相组织的设计思想,在870℃变形量为60%,变形速率为1s-1条件下,D-Q-P-T工艺可使钢的抗拉强度比传统淬火-碳分配-回火工艺提高58 MPa,伸长率增大5%,对于实现汽车轻量化,拓宽高强钢的应用领域具有重要意义。

考虑辊缝变化的板带热轧动态理论模型

精准的轧制模型是生产优质带材的关键,目前常用的热轧模型仅适用于研究静态轧制过程。当面对变厚度轧制及轧机振动等动态轧制过程时,由于常用的静态模型不包含辊缝变化速度参数,因此其模型结构缺乏完整性。为了对动态轧制进行全面深入的研究,需要建立一个包含辊缝变化速度参数的动态轧制模型。基于Orowan方程,同时考虑辊缝变化速度对带材平均变形速率和变形区长度的影响,建立了动态速度场模型、平均变形率模型和力微分平衡方程,并最终求解得到动态轧制力解析解。采用二辊试验轧机开展了动态轧制试验,通过与动态热轧试验结果进行对比,动态轧制模型具有较高的精度,可为动态轧制力精准预备提供理论指导。通过分析发现,当辊缝变化速率为零时,模型与SIMS模型相同。利用上述模型分析了动态轧制过程中各工艺参数的变化规律,结果表明,动态轧制时带材出口位置偏离了两工作辊圆心的连线,偏离方向和大小直接受辊缝变化速度大小和方向的影响。相同轧制规程时,辊缝减小时轧制力大于静态轧制,而辊缝增加时轧制力小于静态轧制,这是由于变形区长度和辊缝内金属变形速率受辊缝变化速度的大小和方向影响导致的。此外,在辊缝减小时轧制力会出现随轧制速度的增加而减小的反常现象。

Ti-6Al-4V合金组成相的微观应力应变分布及影响因素

基于真实组织图像建立了Ti-6Al-4V合金的微观力学有限元模型,考虑双相特征研究了合金的微观变形行为。结果表明:外部加载力主要由较硬的β转变组织承担,而塑性变形主要由较软的初生α相承担。随宏观应变增大,初生α相与β转变组织的应变比、β转变组织与初生α相应力比首先基本保持不变,而后迅速增大,最后保持稳定。初生α相的体积分数和晶粒尺寸对组成相内部的应变和应力分布有影响,随体积分数增大或晶粒尺寸减小,应变比和应力比分别增大和减小。