采用折叠扁管与挤压扁管的微通道换热器长效特性

对采用折叠扁管与传统挤压扁管的微通道换热器长效特性进行了对比研究。分别进行了标准盐雾腐蚀实验,对比腐蚀前后两个换热器样品的换热量、空气侧压降和总热阻变化情况,结果表明,折叠扁管的样品在腐蚀后的各项性能均优于挤压管的样品。传统挤压扁管样件的翅片与扁管连接处率先被腐蚀破坏,14d腐蚀后就可观察明显的翅片脱落现象,且在28d腐蚀后挤压扁管上出现泄漏;折叠扁管样件则是翅片率先被腐蚀,而翅片与扁管的连接处没有明显损坏,在49d腐蚀后折叠扁管没有出现泄漏现象。这是由于折叠扁管能方便地配备保护层,实现牺牲翅片保护扁管的方法,在腐蚀过程中能有效地保护更为重要的扁管。折叠扁管的长效特性优于传统挤压扁管。

扁挤压筒内孔形状对结构强度的影响

扁挤压筒是挤压扁宽型材的重要结构件,其结构应力最大值一般发生在内壁上。由于内孔非圆形,应力分布极不均匀,存在较严重的应力集中。内壁的应力集中情况同内孔形状密切相关,也影响了扁挤压筒的整体结构应力状态。采用有限元法对扁挤压筒结构进行热—结构耦合分析,模拟各工况下筒结构受载后变形及应力状态,分别对三种形状内孔的扁挤压筒结构进行强度仿真计算,对比不同内孔形状的筒结构变形、应力状态及工艺可行性,为制造及优化设计提供参考。

扁挤压筒结构参数优化及分析研究

本文应用有限元法对过盈装配扁挤压筒的结构参数进行了系统的分析。获得了不同装配参数下 ,扁挤压筒在装配后及工作时的内部应力分布和最大等效应力的变化规律。以扁压筒在装配和工作状态下的最大等效应力值同时最小 ,并小于材料的许用应力为目标函数 ,对扁挤压筒的结构参数进行优化。通过参数优化 ,获得最佳的结构参数 :内套外径尺寸、中套外径尺寸、内中套过盈量、中外套过盈量。

80MN挤压机用扁挤压筒的初步设计

采用弹性有限元法对８０ＭＮ挤压机用大型扁挤压筒的结构与尺寸进行了初步设计，获得了能满足强度条件的基本尺寸和相对热装过盈量范围：扁挤压筒采用三层过盈配合结构形式，整体外径１８００ｍｍ，长１６００ｍｍ；内孔宽度６５０～７００ｍｍ，高度２４０～２５０ｍｍ；内层套的外径８８０～９５０ｍｍ，中层套的外径１３００～１５００ｍｍ；各层相对热装过盈量为２．０～２．６‰

耦合作用下的扁挤压筒有限元分析

由于扁挤压筒同时受到内压,预紧,热载荷作用,因此有必要考虑内压-预紧-热载荷的耦合作用。本文运用ANSYS分析软件,利用物理环境分析法建立了三层套组合式扁挤压筒内压-预紧-热载荷耦合有限元模型。模拟结果表明热应力的存在对扁挤压筒的等效应力分布影响较大,可以有效地降低内层套的最大等效应力值,但是扁挤压筒的应力分布形式并未改变,为进一步优化扁挤压筒结构尺寸、装配条件提供参考。同时表明了物理环境分析法分析耦合效应的可行性。

应力释放扁挤压筒的优化设计

利用材料力学中的力线平移定理并结合有限元方法,综合分析了扁挤压筒优化设计中孔型、层间过盈量、层厚等结构优化参数对扁挤压筒应力分布的影响;提出了一种扁挤压筒内应力分布优化的新方法,可应用于一般扁挤压筒的设计;通过分析扁挤压筒的内应力分布情况,提出了一种应力释放扁挤压筒新结构。通过有限元模拟分析验证,得到了较为合理的扁挤压筒新结构的外套宽度和层间过盈量,可使扁挤压筒应力峰值降低5%以上,从而可提高扁挤压筒的使用寿命。此项研究可为优化扁挤压筒结构及装配提供参考。

三层预紧扁挤压筒变形及应力分布的数值模拟

基于ANSYS提供的FEM法,按接触非线性对大型整体壁板挤压用组合式扁挤压筒在未工作(仅受预紧作用)和工作(工作压力与预紧力综合作用)两种状态下分别进行计算,得出其变形及应力分布的一般规律,分析结果与用弹性力学基本公式及复变函数保角映射关系计算所得的解析解结果吻合,从而为组合凹模的结构优化和扁挤压筒的设计提供了技术支持。

基于多目标优化的扁挤压筒结构设计

在组合式扁挤压筒的结构尺寸设计中,为确保挤压筒最佳工作性能的同时,最大程度地减少过盈装配后内腔产生的变形,提出了多目标优化的概念。结合有限元模拟技术和BP神经网络方法,建立了变过盈量下三层组合式扁挤压筒结构尺寸与各层等效应力分布、内腔位移之间的非线性映射模型,采用多目标遗传算法对其进行优化。优化时,采用了向量评价法、最佳个体保存策略和小生境技术,得到了均匀分布的Pareto最优解,根据定义的满意度函数,选出了最终的满意解。结果表明,在该满意解下,扁挤压筒既实现了等强度设计,又保证了内腔的尺寸精度。

扁挤压筒的挤压力及应力场的光弹性分析

扁挤压筒是挤压大型铝壁板的重要工具,也是关键技术之一。与圆挤压筒相比,由于扁挤压筒型腔的线型特殊,理论计算相当困难,很难有精确的理论解。同时,非中心对称的型腔使挤压力的分布也不均匀,使得以均匀分布挤压力作为边界条件的数值计算产生了相应的误差,也使理论计算更加困难。本文制作了1∶18的环氧树脂扁挤压筒整体模型,用低弹模的环氧树脂材料作挤压材料模拟挤压工况并将应力加以"冻结",然后通过光弹性实验研究分析了挤压筒挤压时挤压力的分布特点以及筒体内部的应力场情况。结果分析得出:挤压力沿型腔高度大体上是均匀分布的,但沿型腔周向有着明显的变化;并在型腔的长轴位置出现应力集中。该实验结果为扁挤压筒的强度计算及结构设计提供了参考依据,也与数值分析解起到相互佐证的作用。如果把扁挤压筒的受力模型简化成中间带椭圆孔的无限大平面的弹性力学模型,理论最大应力值与实验结果比较接近。

扁挤压筒内孔形状对应力分布的影响研究

在对过盈装配扁挤压筒的结构参数进行优化的基础上 ,应用数值分析方法进一步研究和分析扁挤压筒的内孔形状对等效应力的峰值的影响 ,获得了内孔形状变化对等效应力的峰值的影响规律 ,并对内孔形状进行了优化。结果表明 ,内孔形状经过优化后的扁挤压筒 ,内套圆角处的应力值得到明显下降 ,筒体内的等效应力的峰值明显降低 ,下降幅度为 14 5 %。

扁挤压筒过渡曲面建模

为改善铝型材挤压过程中金属流动状况,通过引入流函数法建立基于流曲线的扁挤压简型腔到模口之间过渡曲面的边界条件;同时采用保角映射方法,描述扁挤压筒型腔及模口处轮廓分别向单位圆的映射关系,构造过渡曲面入口和出口复杂图形的解析函数,解决了复杂三维模型向准三维对称模型的转换问题。两者结合得到过渡曲面上各点的流线方程,完成对过渡曲面的数学描述。为验证新构建曲面的合理性,对一矩形壁板成形过程进行模拟。结果表明:流线型过渡曲面有利于金属流动,并且有利于降低型腔面上的法向压力,可减少磨损、提高模具寿命。

两层扁挤压筒结构设计

扁挤压筒是挤压大型扁宽薄壁型材的一种非常有效的工具.由于扁挤压筒的挤压环境恶劣,应力分布集中,容易开裂.为了提高扁筒的工作可靠性,运用ANSYS有限元分析软件对扁挤压筒进行应力应变分析和结构设计.结果表明,当双层扁挤压筒装配过盈量在2.75‰~3‰内取值,内孔应力值分布最佳;内孔椭圆度e=1.10~1.20时,不仅可以降低应力集中,而且内孔应力分布更均匀.扁挤压筒的结构设计改善了扁挤压筒应力集中状况,能为实际工程问题中研究扁挤压筒的应力应变提供技术依据.

内孔四层套扁挤压筒的组合应力分析

采用弹性有限元法对生产大型整体壁板用扁挤压筒在实际工作状态下应力分布进行了数值模拟，获得了在不同装配条件和加热条件下扁挤压筒的应力分布状况．结果表明，对内孔尺寸为850mm×250mm的4层套扁挤压筒，带及不带中间层加热圈时其等效组合应力分布存在较大差别．在热挤压工作状态下，工作内压为500MPa，装配方案为（2.2，2.0，1.5）时，4层套扁挤压筒最大等效组合应力在有无中间层加热圈时均低于扁挤压筒的许用应力．

预紧扁挤压筒内孔变形的研究

扁挤压筒内层套壁厚变化大,过盈装配后使内腔发生不均匀变形而超过挤压筒规定的尺寸精度,给后续修模工作带来不便.因此,从扁挤压筒的结构改进着手,考虑几何相似性,采用外形呈椭圆状的扁挤压筒内层结构代替外形呈圆形的内层结构,应用ANSYS有限元分析软件,对两种受预紧作用的双层扁挤压筒分别进行数值模拟,研究其内孔变形规律,并用物理实验加以验证.结果表明:与采用圆形的内层结构相比,采用椭圆形状的内层结构其内孔变形量在整个圆周上分布较均匀,这为扁挤压筒修模工作带来了方便,同时也使模具的制造精度得到提高.

大型整体壁板用扁挤压筒的温度场及热应力分析

采用弹性有限元法对生产大型整体壁板用扁挤压筒的温度场和热应力场进行了数值模拟 ,获得了扁挤压筒在不同加热条件和装配条件下的温度分布及热应力分布情况。结果表明 ,对内孔尺寸为 850 mm× 2 50 mm的三层和四层扁挤压筒 ,有中间层加热圈时温度场的分布比无加热圈时的情形较为均匀 ;内孔尺寸为 850 mm× 2 50 mm的四层扁挤压筒 ,由于扁挤压筒内的温度不均匀分布所引起的最大热应力高达 50 0 MPa以上 ;

大型整体壁板用扁挤压筒受力的有限元分析

采用弹性有限元法对生产大型铝合金整体壁板用扁挤压筒的受力情况进行了数值模拟，获得了扁挤压筒各层套间装配接触压力的分布，以及扁挤压筒在不同内压、不同结构尺寸和不同装配条件下的应力分布情况和强度条件。结果表明，扁挤压筒各层套之间的装配接触压力分布不均；现行内孔尺寸为８５０ｍｍ×２５０ｍｍ的扁挤压筒，其最大允许工作内压为５００ＭＰａ；将现行扁挤压筒的内孔尺寸改为８５０ｍｍ×３２０ｍｍ，采用合适的装配过盈量，其最大允许工作内压可达６００ＭＰａ。

扁挤压筒装配应力计算与受力分析

由于扁挤压筒的形状特点 ,厚壁圆筒的接触应力计算公式不再适用 ,通常采用有限元方法进行分析计算。提出一种求解接触应力的有效方法 ,应用接触体的受力条件和几何条件对弹性刚度矩阵进行矩阵合成与变换 ,可一次性求解边界接触力和节点位移 ,从而获得接触体在装配压力作用下的应力场分布 ,此方法简称矩阵合成变换法。

扁挤压筒优化设计及疲劳蠕变分析

针对扁挤压筒在周期性的高温、高压、高摩擦的严酷工况下工作,因几何形状的不完全对称造成应力分布极不均匀,容易开裂的问题,提出一种在扁挤压筒内衬上开通孔等效等壁厚的方式来减弱应力集中现象.由ANSYS有限元软件分析得出,与传统的扁筒设计结构相比,可使危险部位的工作应力降低12.1%.对优化后的扁挤压筒进行疲劳分析后可知,扁挤压筒累积使用系数为0.973 24<1,故优化设计后的扁挤压筒满足疲劳强度的要求.

基于Lagrange插值的变过盈量对扁挤压筒变形和强度分析

应用 ANSYS分析了受预紧作用的两层套扁挤压筒内孔变形规律 ,得到内孔变形的分段多项式插值函数。提出变过盈量的概念和方程 ,并对变过盈量的施加、检验的条件进行了说明 ,以达到改善内孔变形不均匀分布 ,保证预紧力和提高模具强度的目标 ,并进行了数值模拟 ,结果表明了变过盈量的可行性 ,为扁挤压筒修模、装配和结构优化提供了依据。

5MN扁挤压筒优化设计

采用扁挤压筒挤压宽幅薄壁型材是一种非常有效的方法,但由于扁挤压筒挤压工作环境恶劣,应力状态十分复杂,很容易在应力集中处产生破裂而失效.为了提高扁挤压筒使用寿命,运用Workbench有限元分析软件对其在不同相对过盈量和不同外套壁厚下的最大等效应力和应变进行有限元分析计算.结果表明,5 MN扁挤压筒过盈量的最佳取值范围为2.50‰~2.75‰,当外套内径取值为232 mm时,扁挤压筒工作应力值比相同条件下的原始结构应力值下降7.05%.由此得出,通过改变外套壁厚来降低扁挤压筒最大等效应力的方法是可行的.