穿孔过程中顶头的三维热力耦合分析

应用大型非线性有限元分析软件对顶头在实心圆管坯二辊斜轧穿孔过程中的受力状态进行了三维热力耦合模拟。重点研究了热力耦合情况下表面应力分布模型,同时也对顶头的失效机理、材料模型、传热边界条件等进行了分析。模拟结果和实验结果相吻合。

板带热轧三维有限元热力耦合仿真分析

采用更新的Langrange方法及大变形热力耦合有限元法对热轧过程进行了热力耦合仿真分析,经过多道次轧制仿真后,得出了轧件的温度场和轧制力分布以及每道次轧件入口与出口温度大小及轧制力的大小,并进行了现场工业实验对仿真结果进行了验证,计算结果表明,仿真所得结果与实测结果误差很小,均在5%之内,从而证明模型是正确的,能够很好的运用于热轧过程的参数计算和研究,并对以后热轧工艺参数匹配规律研究以及板形控制研究提供重要的分析平台和起到重要的指导作用。

轧辊热力耦合分析及疲劳寿命研究

以某热连轧机的工作轧辊作为研究对象,运用ANSYS/LS-DYNA显式动力分析软件建立了轧辊、支承辊以及轧件的三维有限元模型。考虑空冷、水冷和轧辊与轧件热传导的动态边界条件,计算了轧辊的温度场。结合其温度场进行了3D热力耦合分析,得到轧辊耦合应力变化规律。在此基础上运用ANSYS软件后处理疲劳计算模块对轧辊的疲劳寿命进行了计算,得到了轧辊表面疲劳寿命为10.8 h。这与实际生产过程轧辊的磨削时间相符。

非均匀入口温度场下铸轧辊辊型的三维有限元仿真

基于大型非线性有限元分析软件Marc,建立了连续铸轧三维热力耦合的数学模型和物理模型,同时考虑了轧辊的热辊型和力辊型,采用铝高温流变本构关系和接触热阻数值模型,建立了铸轧过程复杂的边界条件和热接触条件,并用fortran语言对Marc进行了二次开发;模拟现场工艺变化规律,采用非均匀入口温度场,仿真得到了轧辊在稳定铸轧状态下的辊型曲线;最后通过现场试验,验证了模型算法和结果的正确性。

基于MSC Marc软件平台的铸轧辊辊型三维有限元仿真

基于大型非线性有限元分析软件MSCMarc,建立连续铸轧三维热力耦合的数学模型和物理模型,同时考虑轧辊的热辊型和力辊型,采用铝高温本构关系和接触热阻数值模型,建立铸轧过程复杂的边界条件和热接触条件,并用Fortran语言对MSCMarc进行二次开发;模拟现场工艺变化规律,采用非均匀入口温度场,仿真得到轧辊在稳定铸轧状态下的辊型曲线;最后通过现场工业试验,验证模型算法和结果的正确性.

汽油机活塞顶面镀层的设计与仿真研究

基于有限元软件ABAQUS建立了镀层-活塞的三维几何模型,采用顺序热力耦合的有限元分析法,系统研究了镀层厚度、弹性模量和导热系数对活塞-镀层界面峰值应力的影响。结果表明:当镀层厚度在100~200μm时,活塞-镀层界面峰值应力随镀层厚度的增大而增加,从163 MPa增加至212 MPa,增大了30.06%;当镀层弹性模量在200~600 GPa时,活塞-镀层界面峰值应力随镀层弹性模量的增大而增加,从104 MPa增加至175 MPa,增大了68.27%;当涂层导热系数在50~400 W·m^(-1)·K^(-1)时,活塞-镀层界面峰值应力随镀层导热系数的增大而基本保持不变,约为171 MPa。综合考虑活塞顶面的性能需求,依据界面峰值应力与镀层结合状态的演变机理并结合实际电镀工艺:镀层厚度以150μm左右为宜,弹性模量以SiC类复合镀层材料的400~600 GPa为宜。导热系数对薄涂层活塞应力场的影响十分有限。

热作模具钢连轧过程力学参数的有限元分析

采用三维热力耦合弹塑性有限元软件及其接触分析技术,在准确制定相关边界条件基础上对φ200mm规格的热作模具钢二机架热连轧过程的金属三维流动进行了有限元模拟,准确地计算了力学参数(如轧制力和力矩)的分布情况并对轧辊强度进行了分析,从中确定了安全可行的轧制方案.

入口温度分布对连续铸轧坯表面热带形成的影响

基于有限元分析软件MSCMarc,采用铝高温本构关系和接触热阻数值模型,用Fortran语言对MSCMarc进行二次开发,建立连续铸轧过程的三维热力耦合数学和物理模型;考虑铸轧辊辊套和铸轧带坯的弹塑性变形对轧辊和铸坯温度场和应力场的影响,分析连续铸轧动态立板过程中铸坯表面温度变化情况;通过改变铸坯入口条件,分析铸坯入口温度场对出口温度场及表面热带形成的影响;最后通过现场工业试验,验证模型算法和结果的正确性.

控轧控冷工艺对厚规格热轧带钢组织均匀性的影响

针对厚规格热轧带钢的组织均匀性问题,本文采用三维热力耦合有限元数值方法分析热连轧机控轧控冷等工艺参素。结果表明:轧制过程中带钢厚度方向变形分布最小位置在表面,最大位置在靠近厚度1/4位置向表面偏的位置。仅采用轧制规程的改变提高厚度中心变形量的效果不明显;在相同的压下率条件下,预先对铸坯表面进行降温,可增加铸坯中心部位等效应变11%。心部与表面冷却速度差异随着初始冷却速率(由水量、水温、精轧出口速度等综合决定)增加而增加。采用本文优化的轧制及冷却工艺,产品厚度方向组织均匀性得到大幅提高,上下表面晶粒度最大差0.3级,表面与中心最大差1.1级,提高了厚规格产品组织均匀性。

液压式精冲压力机抗偏载曲线的绘制与研究

精冲压力机作为实现精冲技术的基础,其抗偏载性能是影响精冲压力机偏心冲压能力的关键因素。基于液压式精冲压力机的三级精度要求,首先,采用有限元拓扑分解法建立液压式精冲压力机模型,通过在距滑块中心线的不同距离施加偏载荷,利用三维热力耦合数值模拟技术计算滑块在不同位置的最大偏载荷,得到滑块偏转位移与偏载荷的变化关系;然后,通过曲线拟合法对点位移与偏载荷进行拟合,分别沿滑块长度和宽度方向绘制抗偏载曲线;最后,设计相关试验进行验证。结果表明:标准理论值与试验值吻合较好,抗偏载曲线呈指数分布,滑块宽度方向的抗偏载能力大于长度方向的抗偏载能力。

基于加工图的新型钛合金斜轧穿孔温度预测

采用GLeeble-3500热模拟机对新型海洋用钛合金Ti80进行压缩试验,研究了该合金流动应力在不同变形参数下的变化,并建立了高温本构方程和热加工图。由加工图中优化出的高功率耗散安全区,初步判断斜轧穿孔法制备Ti80合金无缝管坯时的棒料初始温度;并由有限元模拟及物理实验予以验证。结果表明:在同一应变速率下,Ti80合金流动应力对温度的敏感程度不同,在两相区变形,流变应力会随温度的降低而急剧增大;在单相区变形,流动应力则相差不大。建立的应变补偿型Arrhenius双曲正弦函数,经验证能够准确预测流动应力的变化。所绘热加工图明确指出了Ti80合金热塑性成型时2个优化的工艺窗口:一是在两相区低应变速率,即925~975℃/0.01~0.1 s^-1附近;二是在单相区中等应变率,即1050~1100℃/0.1~1s^-1附近。进一步对棒料初始温度在950、1050和1100℃条件下的斜轧穿孔过程进行三维热力耦合有限元模拟,发现950℃穿孔时顶头轴向力会激增为单相区穿孔时的5~6倍,从而导致轧卡;而单相区穿孔均能顺利进行。为降低能耗,最终确定棒料初始温度1050℃为最优穿孔温度,并且在狄舍尔斜轧穿孔机上一火次成功试制出Ti80合金无缝管坯。

斜轧穿孔法制备Ti80合金无缝管工艺分析

运用有限元技术模拟了两辊斜轧穿孔法制备Ti80合金无缝管坯的三维热力耦合过程。仿真结果能动态显示坯料从咬入到稳定穿孔再到穿出3个阶段复杂的塑性成形过程,并能辅助分析中心孔腔的形成机理以及坯料在穿孔阶段各物理场量的分布。结果表明:坯料刚接触顶头时,中心金属存在明显塑性变形,结合轧制中心线上不同方向的正应力状态为(+,-,+),判断中心孔腔的形成为拉应力作用下的塑性开裂。在穿孔过程中,坯料的应变分布沿轴向呈U1+W+2U2形态,沿径向为片层状,最终穿制毛管等效应变可达5~11;坯料的外表面与导盘接触区应变速率为0.71~3.6s-1,而与轧辊接触区高达4.6~26s-1,大的应变速率有助于毛管的塑性成形过程;顶头前坯料的温度最高,与穿孔工具接触的区域温度略有降低,但绝大部分变形区温度都处于单相区。模拟所得全流程顶头轴向力与轧制力的变化呈现典型的3阶段分布,其中稳定穿孔阶段力能参数的均值接近试验所得,从而验证了模型的准确性。基于有限元模拟的工艺条件,在实验轧机上一火次顺利穿制出Ti80合金无缝管坯,其显微组织展现为单一的魏氏组织形态,且由于变形剧烈,从外表面到中间层再到内表面均为等轴细小的β动态再结晶晶粒;力学性能测试表明该组织状态下的毛管的强度和塑性均满足指标要求。