薄壁矩形管弯曲过程截面畸变的三维有限元分析

薄壁矩形管的弯曲成形是一个受材料性能和工艺参数等诸多因素交互作用的复杂成形过程,在弯曲过程中极易产生截面畸变等缺陷,导致成形质量难以达到要求。为此,文章提出了薄壁矩形管弯曲成形过程截面畸变的描述方法,并基于ABAQUS/Explicit软件平台,从截面形状变化、截面畸变量大小和弯曲过程中的能量变化等方面,研究了芯棒与管坯间隙和管坯与防皱块之间的摩擦对截面畸变的影响规律。该研究对薄壁矩形管弯曲过程工艺参数的选取,提供了理论依据。

间隙对薄壁矩形管绕弯成形截面畸变影响的研究

基于ABAQUS/Explicit,建立了铝合金薄壁矩形管绕弯成形过程三维有限元模型,并对其可靠性进行了验证。模拟分析了芯棒与管坯间隙、压块与管坯间隙、防皱块与管坯间隙及弯曲模与管坯间隙对管坯截面畸变的影响规律。研究结果表明:减小芯棒与管坯间的间隙及弯曲模与管坯间的间隙都可减小管坯截面畸变的程度;而压块与管坯间隙及防皱块与管坯间隙的改变对管坯截面畸变率影响不大。

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。

摩擦对叶片精锻预成形毛坯放置位置影响规律的研究

利用自行开发的叶片锻造过程三维有限元模拟分析系统对不同预成形毛坯在不同摩擦条件下材料充填模腔的过程进行了模拟分析,获得了叶片精锻过程中摩擦对预成形毛坯在模具中放置位置的影响规律:当摩擦因数较小时,材料首先充满左侧型腔,此时,要获得合格叶片精锻件,需将预成形毛坯在模具中的放置位置向右移动,不同截面右移的距离大约是叶片该型面弦长的5％-10％。随着摩擦因数的增大,材料几乎同时充满模具左右侧型腔,说明在该条件下预成形毛坯在模具中的放置位置是比较合理的。该研究对叶片精锻工艺的优化设计具有重要的指导意义。

单榫头叶片锻造过程成形缺陷分析

折叠和模腔充不满是锻造过程中常见的成形缺陷 ,利用自行开发的叶片锻造过程三维刚粘塑性有限元模拟分析软件 ,通过对叶片锻造过程不同截面金属流动规律的三维有限元模拟分析 ,可以预测叶片锻造过程成形缺陷折叠和充不满的形成。通过改变毛坯尺寸和成形工艺参数 ,可以消除这些成形缺陷的产生 ,并获得合格叶片锻件。

单榫头叶片叶身精锻成形规律

利用自行开发的叶片锻造过程三维刚粘塑性有限元模拟系统对单榫头叶片精锻过程进行了模拟分析,揭示了其叶身精锻成形规律,并以塑泥为模拟材料,采用物理模拟的方法对其进行了试验验证。三维有限元数值模拟结果与物理模拟结果的良好吻合表明了单榫头叶片精锻过程三维数值模拟结果的可靠性。该研究对叶片精锻过程的预成形毛坯的优化设计具有重要的指导意义。

叶片精锻三维刚粘塑性有限元模拟系统的研究

叶片精锻是叶片锻造的发展趋势 ,但由于叶片形状复杂 ,所用材料难变形 ,实际生产中不得不进行反复试制 ,造成很大浪费。计算机技术的飞速发展 ,使得采用三维有限元数值模拟技术模拟叶片精锻过程成为可能。为此 ,在解决三维有限元模拟关键技术问题的基础上 ,自行开发了面向叶片精锻过程的三维刚粘塑性有限元模拟分析系统 3 D-PFS。系统的可靠性得到了以塑泥为模拟材料的物理模拟试验的验证。对不同类型叶片精锻过程的进一步模拟分析 ,结果表明 :3 D-PFS是模拟分析叶片精锻过程可靠的工具。该研究对提高叶片锻造工艺的研究水平及发展叶片精锻理论具有重要意义。

单榫头叶片锻造过程应力应变场的三维有限元分析

为了获得单榫头叶片锻造过程中应力、应变场的分布规律，利用自行开发的三维有限元模拟分析软件对其成形过程进行了模拟分析。研究结果表明：单榫头叶片锻造过程是非稳态的塑性流动过程，叶身横截面内的变形类似于圆柱体的镦粗，且心部所受的变形和三向压应力最大；随着变形程度的增加，等效应力、等效应变等场变量值增加，且变形的不均匀程度也在增加；通过对应力应变的分析可以预测缺陷产生的可能部位，并提出相应的防止措施。该研究对了解和掌握叶片锻造过程的变形规律具有重要意义。

一种通用的三维有限元前置处理软件

提供了一个适用于三维有限元（包括二维问题）的前置处理软件。利用该软件，可生成三维八节点六面体单元，同时也可生成二维三角形和四边形单元。在数据自动检查中，提出了数组维数检查法。在三维网格可视化中，采用了逐步消隐法进行消隐。适当修改相应的形状函数，还可将其扩充生成其它的单元网格。该软件包括友好的用户界面，从而为用户提供了良好的操作环境。

叶片锻模计算机辅助设计系统

结合工厂实际，给出了叶片的放大图、锻件图和锻模图的计算机辅助设计方法，阐述了研制的辅助设计与辅助绘图软件系统的功能．经过用不同型号的叶片进行考核表明，所研制的软件系统可提高叶片设计效率，并且软件系统具有一定的通用性．

一种基于AutoCAD的三维有限元模拟可视化方法

介绍一种基于ＡｕｔｏＣＡＤ的三维有限元模拟可视化方法。在ＡｕｔｏＣＡＤ平台上， 开发接口程序， 生成图形交换文件（ＤＸＦ），能够准确而高效地实现三维实体网格和三维曲面网格的可视化。该方法只需对ＤＸＦ文件生成的图形， 用ＡｕｔｏＣＡＤ中ＨＩＤＥ命令进行消隐， 不再需要编制复杂的消隐程序。此外，还可用该方法实现三维有限元模拟的速度场以及应力和应变等场变量等值线图的可视化。该方法把有限元数值模拟与ＡｕｔｏＣＡＤ紧密衔接起来。

局部加载控制不均匀变形与精确塑性成形研究进展

局部加载控制不均匀变形与精确塑性成形关键理论与技术研究,既是先进塑性成形学科前沿领域中的关键和挑战性课题,又是航空航天高技术发展的迫切需求。文章以局部不均匀加载实现通常极难的板面内弯曲成形为切入点,发展了控制不均匀变形以实现精确塑性成形的理论与技术,为我国先进飞机发展面临的大型复杂整体钛框成形制造难题的解决,提供了启示。建立了薄壁管数控弯曲失稳起皱、回弹、截面畸变预测和成形极限分析的模型、过程仿真和优化设计的方法;揭示了其关键影响因素和影响规律;实现了难度很大的薄壁管小弯曲半径数控弯曲精确成形。建立了多道次普旋、曲母线和带内筋件强旋等复杂过程三维仿真模型,提出了解决不均匀变形导致的复杂成形缺陷和旋轮轨迹优化设计难题的方法。解决了大型铝型材先进等温挤压中迫切需要解决的多场耦合作用下温度与速度效应和控制的重大难题。发展了复杂环件辗扩过程和控制仿真的三维有限元模型以及临界摩擦系数确定的解析-数值方法;总结了冷辗扩3种塑性变形行为及多因素耦合对辗扩过程的影响;提出了率相关晶体塑性模型在有限元中实现的稳健算法,实现了冷辗扩宏观变形行为的细观响应描述。

金属塑性成形三维有限元模拟过程中修正触模节点位置的一种新方法

提出了动态边界条件处理中修正触模节点位置的一种新方法——初矢修正法 ,从而解决了金属塑性成形三维有限元模拟中由于离散的模具网格造成的“死锁”问题。采用三维刚粘塑性有限元法 ,考虑工模具间的摩擦 ,采用作者所提出的网格重划方法对畸变网格进行重新划分 ,对叶片的锻造过程进行了模拟分析。在模拟过程中的每一加载步 ,均采用本文提出的初矢修正法对触模节点位置进行修正。叶片锻造三维有限元模拟的顺利进行 ,验证了采用本文所提出的初矢修正法修正触模节点的位置 ,可以避免由于离散的模具网格造成的“死锁”。因此该方法不但可行 ,而且可靠。

不同圆角过渡的3A21铝合金矩形管弯曲壁厚变化与损伤研究

为获得不同圆角过渡3A21铝合金薄壁矩形管弯曲的壁厚变化和损伤情况,采用弹性模量变化法,通过对拉伸进行试样反复加载、卸载试验,获取了Lemaitre断裂准则中的损伤参数。基于ABAQUS/Explicit的VUMAT二次开发平台,开发了耦合Lemaitre准则的用户材料子程序,建立了相同弯曲半径条件下不同圆角过渡的矩形管弯曲损伤预测三维有限元模型,并对模型的可靠性进行了验证。基于所建模型,研究发现管材壁厚减薄率与损伤最大值均出现在弯曲后截面50°左右,并且管材截面的圆角半径越小,其弯曲后中性层外侧壁厚减薄越严重,损伤值越大,即管材截面形状越趋向于矩形,弯曲过程中越容易发生破裂。

基于多场耦合分析的TC4叶片精锻成形的微观组织模拟

针对TC4钛合金叶片精锻过程,运用三维刚粘塑性有限元模拟方法,采用能反映微观组织演变对材料流动应力影响的本构关系和Yada形式的微观组织预测模型,实现了TC4叶片精锻过程的有限元变形-传热-微观组织演变耦合分析,模拟预测了叶片精锻成形的微观组织,获得了叶片精锻成形的晶粒尺寸和体积分数的分布规律,并分析了变形温度对晶粒尺寸和体积分数的影响,为合理确定叶片精锻工艺和控制叶片质量提供了一定的依据。

工艺参数对钛合金叶片精锻中微观组织的影响(英文)

以叶片中的一类重要叶片——钛合金单榫头叶片为研究对象,利用自主开发的并经实验验证的叶片精锻三维有限元变形-传热-微观组织演变耦合模拟系统对其精锻过程进行了模拟,研究了不同工艺参数下叶身典型截面锻后微观组织的分布规律。结果表明:随着变形温度的升高,晶粒尺寸和β相体积分数增大;随着变形速度的增大,晶粒尺寸和β相体积分数相应增大;随着模具温度的升高,晶粒尺寸分布的均匀性提高;而摩擦条件对晶粒尺寸和β相体积分数的影响不显著。

芯棒伸出量对薄壁矩形管弯曲失稳起皱影响的数值模拟

基于动态显式有限元平台ABAQUS/Explicit,建立了3A21铝合金薄壁矩形管绕弯成形过程的三维有限元模型,模拟分析了芯棒伸出量对薄壁矩形管绕弯成形过程中失稳起皱的影响规律。结果表明:随着芯棒伸出量的增大,起皱波纹高度逐渐减小,切向压应力极大值波动的峰值减小,等效应力逐渐减小,并且变化趋于平缓;当芯棒伸出量达到一定值后,随着芯棒伸出量的增大,起皱波纹高度极大值变化不明显。该研究对薄壁矩形管绕弯成形工艺参数的确定具有重要的参考价值。

工艺参数对薄壁矩形管绕弯成形失稳起皱影响的显著性分析

基于三维有限元软件ABAQUS/Explicit,采用所建立的薄壁矩形管绕弯成形过程三维弹塑性有限元模型,结合虚拟正交试验,模拟研究了工艺参数对绕弯成形过程中失稳起皱影响的显著性。结果表明:弯曲半径、芯头个数、芯模与管坯间隙和防皱块与管坯间隙对薄壁矩形管绕弯成形过程中的失稳起皱影响较为显著。

面向叶片精锻过程的三维有限元模拟

对刚粘塑性有限元用于模拟分析叶片精锻过程的基本原理进行了论述 ;对模拟中需解决的关键问题提出了相应的算法和处理技术 ;开发了考虑工模具间的摩擦的三维刚粘塑性有限元模拟分析系统 .采用该系统 ,对航空发动机压气机简单叶片和带阻尼台叶片精锻过程进行了三维有限元模拟分析 .模拟过程中对榫头和叶身过渡处采用圆角连接 ,改善了金属的流动性和充填性 ,使叶片锻造三维有限元模拟的建模与分析更接近于实际过程 .结果表明 :采用作者所提出的基于边界构形的网格重划方法 -内缩法 ,进行畸变网格的重划是可行的 ;采用作者所提出的动态边界条件的处理方法以避免模具死锁问题是有效的 ;所开发的软件系统是可靠的 .

材料参数对矩形管绕弯截面变形的影响

基于动态显式有限元软件ABAQUS/Explicit,采用所建立的薄壁矩形管绕弯成形过程三维弹塑性有限元模型,模拟研究了材料参数对绕弯成形过程中截面变形的影响规律。结果表明:随初始屈服强度和强度系数的增大,截面变化率增大;硬化指数对截面变化率的影响不大,但硬化指数较大时,最大截面变化率较小。弯曲过程中最大截面变形出现在沿弯曲方向50°附近的区域,且其位置不受材料参数的影响。该研究对于提高不同材料的薄壁矩形管弯曲管件的成形质量具有重要意义。