多点拉形数值模拟及模具型面补偿方法

建立了板料多点拉形有限元模型,确立了用于动态显式算法的拉形加载模式,并应用到典型件的拉形过程数值模拟中。对马鞍形曲面件的多点拉形进行了数值模拟,探讨了成形件上应力、厚度等的分布规律以及回弹和弹性垫的不均匀变形对成形件精度的影响。模拟结果表明,成形件的应力、厚度分布均匀,卸载回弹很小,弹性垫的不均匀变形对成形件精度的影响比回弹要大;为获得精确形状的成形件,提出了一种基于数值模拟结果通过反复修正获得准确的多点拉形模具型面来补偿多点拉形中弹性垫的不均匀变形和回弹的方法。

板材成形回弹数值分析的静力隐式方法

给出了板材成形加载过程、卸载过程数值模拟的静力隐式有限元方法 ,通过平衡迭代求解有限元方程 ,并采用隐式算法进行应力积分及接触压力计算。这种方法应力计算准确 ,因而回弹计算结果具有较高的精度。数值计算表明 ,纯弹性板大变形卸载后能够完全恢复到原始形状 ,说明该方法对几何非线性问题的分析是非常准确的。最后对板材柱面、球面成形的回弹进行了分析。

板材多点成形中压痕缺陷的分析与控制

压痕是多点成形中特有的成形缺陷 ,是板材多点成形中必须解决的问题。本文首先对多点成形中压痕的形成进行了力学分析 ,给出了抑制压痕的方法 ;

板材多点成形过程数值模拟的研究

多点柔性成形是一种先进的板材成形技术。在多点成形过程中 ,板材的受力状态、变形特点、接触边界等与传统的冲压成形有很大的不同 ,商业软件不能有效地反应这些特点。本文给出了自主开发的板材多点成形过程数值模拟专用软件 (MPFORM)所采用的有关理论与公式 ,介绍了基于UL隐式格式的弹塑性大变形有限元方法、退化板壳有限元模型以及处理多点不连续接触边界的接触单元技术等 。

板材多点成形过程的有限元分析

多点成形过程采用静力隐式格式进行数值模拟是比较合适的。本文建立了用于多点成形过程分析的静力隐式弹塑性大变形有限元方法 ,给出了对稳定迭代收敛过程效果较好的板壳有限单元模型、处理多点不连续接触边界的接触单元方法以及增量变形过程中应力及塑性应变计算的多步回映计算方法。基于这些方法编制了计算软件 ,应用该软件进行了矩形板的液压胀形过程及球形模具拉伸成形过程的有限元分析 ,数值计算结果与典型的实验结果及计算结果吻合很好。最后给出了球形、圆柱形目标形状的实际多点成形过程的数值模拟结果。

金属板材多点柔性成形理论与应用

多点柔性成形是一种先进的金属板材成形技术 ,这种成形方法能够实现成形路径选择、分段成形等传统成形方法无法实现的功能 .文中基于理想路径成形理论 ,提出了板材多点柔性成形最优成形路径设计的理论与方法 ,建立了多点分段成形过渡区设计准则与多点成形过程中静力隐式弹塑性大变形有限元数值模拟方法 .应用给出的路径设计理论与方法 ,计算了典型样件的最优成形路径 ,应用数值模拟理论、方法及开发的数值模拟软件进行了典型件多点成形过程的数值模拟 .

大变形中摩擦接触问题的数值模拟及应用

大变形的摩擦接触是复杂的非线性问题 ,本文介绍了一种处理摩擦接触问题的数值方法。采用接触单元技术模拟接触界面 ,基于弹塑性理论形式的非经典Coulomb摩擦定律及罚函数方法建立了摩擦接触的增量本构关系。结合大变形的增量分析格式给出了积分摩擦接触本构方程的回映方法。这种处理摩擦接触问题的方法计算简单、使用方便。

三维曲面零件连续成形的形状控制

基于扫掠曲面技术给出了连续成形三维曲面的数学表达式。通过分析连续成形过程中板料的纵向与横向变形,给出了描述成形件纵向曲面形状的圆弧插值方法及纵向成形控制方法。根据连续成形柔性辊调形多点控制的特点,给出了描述柔性辊形状的B样条插值方法,并给出了成形面横向截面线几何形状的控制方法。通过典型曲面件的连续成形验证了上述方法的有效性与可靠性。

板材多点成形隐式算法数值模拟专用软件及关键技术

板材在多点成形过程中的受力状态、接触边界以及速度边界条件等与传统的冲压成形有很大的不同 ,起皱、回弹等现象都有新的特点 ,而且产生了压痕等新的成形缺陷 ,商业软件的计算结果不理想 .为对多点成形进行准确数值模拟 ,开发了板材多点成形数值模拟专用软件 .采用基于UL隐式格式的弹塑性大变形有限元方法 ,解决了隐式算法迭代收敛以及回弹计算等问题 ,提出了处理多点不连续接触边界的接触单元技术与径向返回方法以及计算弹塑性应力的回映技术 ,这些方法与技术的有效性已在数值模拟应用中得到验证 .

三维曲面零件连续柔性成形技术的理论分析与回弹控制

对三维曲面零件连续柔性成形（CFF）新技术中的成形件形状控制、柔性辊轴线形状描述以及回弹等理论问题进行了研究。基于对连续成形过程中板料纵向与横向变形的分析，建立了成形纵向形状控制的理论与方法；结合多点控制的特点，给出了描述柔性辊辊形的样条插值公式；针对板料连续成形中的回弹补偿问题，基于对材料及变形方面的简化与假设，推导出横向与纵向回弹曲率半径的估算公式，给出了回弹修正方法。通过在CFF中的实际应用说明了这些理论与公式的有效性。

金属成形数值模拟中的接触单元法

给出了一种基于罚函数方法及库仑摩擦规律的点—面接触形式的接触单元法。根据等向滑动函数的概念 ,推导了粘着接触与滑动接触的接触单元刚度矩阵。由于这种方法在单元积分点引入接触约束 ,扩大了接触搜索面积 ,因而接触计算更加稳定。数值计算表明该方法能得到较好的结果。

无压边多点成形中起皱的分析与控制

起皱是板材无压边多点成形中容易产生的成形缺陷。本文根据对多点成形过程中起皱的数值模拟与力学分析,基于Donnell-Mushtari-Vlasov的浅壳理论,给出了球面多点成形局部起皱的判断准则,计算了起皱的临界应力。利用多点成形的柔性可变的特点,可以抑制甚至完全消除起皱缺陷,有关的成形实验结果说明了变路径多点成形及分段成形技术抑制起皱的有效性。

基于三角形网格的坯料计算方法

提出了一种基于三角形网格的坯料计算方法。该方法根据变形均匀原则及材料体积不变条件建立了正定的目标泛函 ,通过迭代格式使泛函极小化 ,从而得到零件的初始坯料。由于考虑了材料体积不变这一条件 ,因而计算结果更为合理。数值实验及应用结果表明这一方法计算简单 ,收敛速度快 ,便于实际应用。

连续柔性成形过程控制及CAD软件开发

提出了连续柔性成形过程的控制方法。首先将目标曲面离散成三角形网格并从中截取出一系列的等距线,计算出等距线上控制点的坐标值。然后利用三次B样条曲线建立了连续柔性成形过程中的横向控制模型。对于理想弹塑性材料的成形件,建立了目标曲面纵向的曲率半径与上柔性辊下压量之间的数学模型。最后利用该数学描述从几何上完成了连续柔性成形CAD软件的开发并给出了应用实例。

辊锻模具型槽表面轮廓的几何分析

通过对辊锻模与锻件的啮合运动分析及几何分析，发现锻件轮廓与型槽轮廓存在共轭曲线（或曲面）关系。文中导出了参数方程、三次样条拟合函数及几种典型锻件轮廓曲线对应的辊锻模具型槽。这些结果对于精确、高效设计辊锻模具具有重要意义。

散乱分布数据曲面重构的光顺-有限元方法

提出了一种基于散乱分布的数据点重构三维曲面的有限元方法.根据最佳逼近与数据光顺理论建立正定的目标泛函,采用有限元最佳拟合使泛函极小化,求得最优解.通过八节点等参数有限元插值计算,重新构造出三维曲面.这种光顺-有限元方法有效地抑制了输入数据上误差噪声的影响,与有限元拟合方法相比,所需的输入数据点少,重构的曲面逼近精度高、光顺性好.数值实验表明,该方法简单,便于应用.

数控板料折弯工艺研究

基于卡特彼勒(徐州)有限公司的数控板料折弯机,对折弯工艺的设计、折弯机的选择、折弯头模具的选择、折弯工艺力的计算及折弯精度的影响做了较为详细的阐述,为进一步的数控板料折弯工艺研究提供参考。

多点成形曲面的生成方法与软件开发

提出一种基于三角形网格的多点成形曲面的生成方法,使用Visual C++软件平台开发了构建多点模具型面的CAD软件,该软件能够读取CAD数学模型的三角形网格数据,如STL文件和有限元离散的数据文件等,并借助于OpenGL图形技术快速实现了三维曲面的重构。应用等距面方法解决了使用弹性垫多点成形时的模具型面生成问题。典型件的精度分析结果表明,该方法计算精度高、速度快,成形效果好,满足工程上的需要,适用于复杂的三维曲面成形。

新型大直径采煤机螺旋滚筒的设计与制造

该采煤机螺旋滚筒针对神东矿区的地质条件和客户的要求,设计时采用超大直径、重型破岩、局部减重等方案。制造过程中对于一些难点,提出了可行的实施方案,对易磨损部位进行重点保护。该大直径采煤机螺旋滚筒已取代进口产品,实现了国产化。设计、制造过程中的技术创新点,为后续产品开发提供了参考。

三维曲面连续辊压成形的力学机制及弯曲变形的计算

连续辊压成形是一种板料成形新方法,采用两个弯曲的成形辊可加工出三维曲面零件。对连续辊压中从板料到曲面的变形过程进行力学分析,并对变形与材料模型进行简化,根据成形曲面中的内力平衡方程,建立控制纵向(成形辊滚动方向)弯曲变形的基本方程,给出由辊压应变计算纵向弯曲曲率半径的公式及上、下成形辊之间辊缝的设计方法。分析表明,当辊压初应变在截面高度方向线性分布时,最终的成形曲面中没有残余应力,纵向弯曲变形的曲率由横截面上的最大高度差及横截面上压缩率差这两个参数来决定。通过分析得到实现曲面辊压成形的条件,获得横截面上压缩率差以及成形曲面几何参数对纵向弯曲的影响规律。通过曲面连续辊压成形的实例,说明所提出理论与公式的有效性。