金属体积成形三维数值仿真的研究进展

金属体积成形是一个具有几何非线性和物理非线性的复杂的塑性大变形问题，采用基于刚塑性／刚粘塑性有限元法的ＣＡＥ仿真技术对其分析，则可掌握其详细的变形规律．本文对体积成形三维有限元仿真技术的发展作了全面的回顾，并详细总结了其中的关键技术、存在的技术难点和发展趋势．

金属体积成形过程的自适应无网格方法

采用动态显式自适应无网格RKPM方法的计算格式,在有效误差估计模型的基础上进行节点加密,采用区域分解思想确定新的计算模型中节点的影响域半径,对金属体积成形过程进行了全过程的计算机模拟。Taylor Bar冲击的自适应无网格计算结果与实验结果吻合良好,有效地验证了该方法的正确性和可行性。挤压算例的计算结果也表明该算法能提高计算精度和改善板内应变能误差。

金属体积成形过程的无网格RPIM方法分析

建立了基于无网格径向点插值RPIM法的二维体积成形动态显式计算模型.采用具有Delta函数性质的RPIM形函数构造位移域,因此可以很方便地施加本质边界条件.基于防御节点法给出了二维接触碰撞问题的接触力计算方法,避免罚函数法罚因子选择问题,以及拉格朗日乘子法不适合显式算法的问题.采用完全拉格朗日格式和弹塑性本构关系解决金属体积成形过程所涉及的几何非线性和材料非线性问题,并通过将工件变形分解为偏量部分和体积部分,有效消除金属体积成形中的体积自锁现象.数值算例表明,该算法可方便准确处理大变形畸变问题,是模拟金属体积成形过程的一种有效方法.

基于物质点法金属体积成形过程的仿真

针对传统有限元法开展金属体积成形分析过程中存在的网格畸变,以及在常规无网格法分析中存在的本质边界条件施加困难等问题,建立了基于物质点法金属体积成形过程的仿真模型。因其背景网格积分采用了有限元形函数,从而有效地解决了边界条件施加困难的问题。通过对圆柱顶镦和反向挤压等金属体积成形过程的仿真,并将仿真结果与实验和有限元结果进行了对比分析,结果显示物质点法不仅能有效地消除网格畸变,而且在金属发生大变形时其计算精度优于有限元法的计算精度。所得结论可为物质点法在弹塑性大变形分析中的应用提供指导。

任意模具形状的金属三维体积成形过程刚塑性无网格RKPM分析方法

将无网格方法引入三维金属体积成形分析,在给出基于刚塑性流动理论的三维无网格再生核质点方法及其基本理论方程的基础上,为了提高分析系统的通用化和自动化,采用网格法来描述任意形状的三维模具型腔曲面,给出了三维无网格法数值模拟系统中动态接触边界自动处理的非线性接触算法,实现了任意模具形状的三维体积成形过程的无网格法数值模拟。对上模为半球形的三维立方体塑性变形过程进行了数值模拟,并与三维刚塑性有限元体积成形商品软件Deform3D的计算结果作了比较,验证了本文方法的正确性。

金属体积成形有限元分析管理与工艺优化平台

开发了针对金属体积成形有限元分析的项目流程管理和成形工艺参数优化的集成平台。通过它实现了对有限元仿真分析流程系统、科学的管理,提供了自动化仿真项目运行程序和基于回归分析和改进的模拟退火算法的优化程序。利用该平台设计了AISI 1015热反挤压成形均匀设计试验,并优化了上模最大磨损量这个工艺参数。结果表明平台程序的运算结果是准确的。

基于全量理论的金属体积成形多步数值模拟

运用一种基于全量理论的多步有限元方法计算分析了金属体积成形过程.该方法针对刚塑性不可压缩材料,在静力平衡条件下以约束变分原理通过最小化近似塑性势能进行有限元求解.多步模拟在各中间构形的虚拟滑动约束下沿变形路径进行分步迭代计算,考虑了接触和变形历史,能够快速模拟较复杂的体积成形问题.运用该方法对几个典型金属体积成形过程进行了正向一步和多步数值模拟,将计算结果与增量有限元法计算结果进行了比较.结果表明:在计算金属体积成形过程中,基于全量理论的多步有限元模拟能够在大大缩短计算时间的同时获得与增量法计算结果相比偏差小于10%的计算结果.

三维大体积金属材料电磁悬浮过程的精准调控

采用数值模拟方法建立单层和双层电磁感应线圈的仿真模型,分析线圈几何构型对空间磁场分布、金属球体表面的麦克斯韦应力张量分布和线圈悬浮性能的作用规律。选取Al和Ti两种金属作为实验对象,研究线圈匝数、金属质量与最小悬浮电流之间的本征关系。设计多种用于大体积金属无容器处理的电磁悬浮线圈,并实现直径10～50mm的三种球状金属在空气中的悬浮加热。利用优化设计的线圈成功悬浮Al、Ti和Cu三种不同密度的典型金属,其中悬浮起质量高达807 g的纯铜。

表面机械研磨(SMAT)技术对玻璃纤维增强铝金属层板(GLARE)拉伸性能的影响

表面机械研磨(SMAT)技术是在短时间内通过振动发生器驱动大量硬度较大的小球以随机方向撞击金属材料,使得材料晶粒尤其是表面晶粒细化,从而达到增加材料强度的效果.通过对铝合金板进行SMAT处理,材料的极限强度和极限应变虽然有较小的降低,但是其屈服应力有较大幅度的增加.以SMAT处理后的铝合金板和玻璃纤维环氧树脂预浸料为原料,通过热压工艺制备成新型GLARE层合板.通过拉伸实验研究和理论计算分析了该GLARE材料的拉伸性能,发现SMAT处理的铝合金板制成的GLARE的屈服强度提升明显.

磁性金属-绝缘体颗粒薄膜

介绍了磁性金属 绝缘体颗粒薄膜的结构特征与电阻率的关系 ,评述了作为磁传感器件、高密度记录介质和读出磁头潜在应用相关的磁阻效应、巨霍尔效应、高矫顽力特性 .

高铁化合物体积分数耐热铝合金研究

采用喷射沉积技术与挤压加工技术，制备质量分数为13.0% Fe，1.35% V2.35% Si的高铁耐热铝合金样品，借助电子天平、金相显微镜与能谱仪，测试致密度、显微组织、高铁金属化合物体积分数、相分布以及相组成。结果表明：高铁耐热铝合金沉积致密度达到97.77%；沉积收得率达到81.3%；高铁金属化合物体积分数达到35.91%36.97%；高铁金属化合物分布均匀，其尺寸≤3.22 μm，组分近似为Fe∶V∶Si＝10∶1∶5。

无网格SPH法在金属镦粗成形中的应用

基于无网格SPH法对三维金属锻造成形进行模拟。建立了无网格SPH法镦粗成形模型并进行数值模拟,所得结果与传统有限元法进行对比,结果表明,无网格SPH法在金属体积成形中具有有效性;解决了有限元方法应用于金属成形中由于网格畸变而造成的网格重构和精度降低的问题,具有一定的工程参考价值。

金属-绝缘体颗粒膜的巨霍尔效应研究进展

介绍了金属-绝缘体颗粒膜巨霍尔效应的研究背景及样品的制备与测量,总结了近年来该领域的研究进展和应用前景,最后对研发应用中存在的问题和趋势提出了自己的看法。

铜—二氧化硅体系巨霍耳效应研究

研究了体积比为 0 .45≤x≤ 0 .8的Cux(SiO2 ) 1 -x 样品的霍耳系数与成份的关系 ,随着金属体积比的降低 ,霍耳系数R迅速增加 ,并在x=0 .51时达到最大 ,其值为x =0 .8的样品霍耳系数的 70 0倍 ,远超过经典渗流理论计算数值 .本研究表明 ,这种非磁性金属系统中的巨霍耳效应 (GHE)

基于刚塑性流动理论的无网格伽辽金方法

为了对金属体积成形过程进行数值模拟,给出基于刚塑性流动理论的无网格伽辽金方法。由于移动最小二乘近似的非插值特征给无网格伽辽金方法的应用带来了一定的困难,将再生核质点法中的完全变换法与无网格伽辽金方法相结合,通过对速度场的移动最小二乘近似进行修正,实现速度边界条件的精确施加;采用罚函数法引入体积不可压缩条件,运用刚塑性材料的不完全广义变分原理,给出基于刚塑性流动理论的无网格伽辽金方法的离散控制方程以及收敛判据和收敛控制方法。数值计算结果表明方法的可行性及有效性。

交流伺服机械压力机在金属塑性成形中的应用(Ⅱ)——体积成形

介绍了目前国内外交流伺服机械压力机在金属体积成形加工中的典型应用实例。其一是通过滑块特殊的运动和加载模式,实现普通机械压力机上不可能完成的新工艺：通过运动和压力的多模式联合控制,实现镁合金盒形件的反挤压;通过脉动加载,改善润滑,实现了无表面处理金属冷成形（平板锻造、深孔挤压、内花键挤压等）;通过变速挤压,消除温度影响,提高了齿轮挤压精度。其二为充分利用伺服机械压力机高自动化的优势,进行压力机-辅助设备集成控制,提高了生产的自动化、智能化水平：优化滑块运动和进行系统集成,提高模锻生产率;机器人和伺服机械压力机联动,实现自动化自由锻造。文章认为,实行装备与应用工艺研究开发的结合,是推动技术创新、走出＂引进-落后-再引进＂死循环的必由之路。

射频溅射制备Ni-SiO_2薄膜特性研究

Ｎｉ－ＳｉＯ２金属陶瓷薄膜是制作透明电阻层的材料，用射频磁控溅射反应制备对近紫外透明的Ｎｉ－ＳｉＯ２薄膜，生成的样品均匀、致密．通过控制薄膜中的金属体积百分比可改变薄膜的电阻率及透光性满足实际工艺需求。Ｘ射线能谱分析可以估算出Ｎｉ在样品中的百分比，各种不同制备条件下的样品透射率有较大的差别。

基于MSC.SuperForm的金属体积成形数值模拟摩擦模型的二次开发

针对金属体积成形数值模拟,在反正切摩擦模型基础上,建立了考虑温度、压力和变形程度等的多因素摩擦模型,可以充分地考虑体积成形过程中速度、温度、单位压力和变形程度对变形体与模具之间界面的影响。采用该多因素摩擦模型对体积成形软件MSC.SuperForm进行了二次开发,通过实际算例分析,并与已有的文献结果对比,说明了提出的多因素摩擦模型的合理性。

阻燃、耐火线缆选型需注意的几个问题

线缆的过载使用或绝缘老化引起的电气火灾在总电气火灾中占绝大多数。分析了建筑物内电气设计所选线缆的阻燃、耐火特性要求,以规范在电气设计时线缆选择的基本要求。

一种六面体有限元网格的自动生成

提出一种适合于金属体积成形有限元分析的六面体网格的自动生成方法——子区域法.这种方法首先将形状较复杂的几何实体分割成形状相对简单的六面体子区域,然后分别在每个子区域内生成六面体单元.根据这种方法的特点.提出了得到有效网格所必须考虑的问题和解决方案:子区域网格约束和子区域间网格相容性约束.