热轧U型钢板桩精轧过程金属流动行为的有限元分析

针对热轧U型钢板桩(SY390BZ/%:0.23C、1.60Mn、0.44Si、0.18V,0.18Ti、0.05Nb)轧制过程中产生翘曲缺陷,采用有限元分析软件ABAQUS显式动力学算法,结合实验室试验测量参数,对钢板桩的精轧过程进行了仿真计算。在仿真计算的基础上,根据轧制平面内节点位移矢量分布情况,分析了轧件横向和纵向断面内金属流动规律。模拟结果显示轧件断面在孔型轧制的压下方向上存在零位移线,表明U型钢板桩轧制中坯料翼缘和锁口处在轧制压力方向上轧件内金属流动存在位移中性面,并伴有轧件锁口凸缘处金属流动过快,腹板处金属流动较慢而产生翘曲的现象。

薄板铝合金搅拌摩擦焊接全过程金属流动行为研究

基于固体力学理论,建立6061薄板铝合金搅拌摩擦焊接(FSW)全过程热力耦合模型,利用任意拉格朗日-欧拉(ALE)网格自适应技术和质点跟踪技术模拟研究FSW全过程金属流动行为,揭示搅拌区金属材料的迁移特征。结果表明,搅拌区周围材料主要以旋转绕流及层流的形式向搅拌头后方迁移。上层金属有向下螺旋运动趋势,中部金属有先向上螺旋运动而后向下螺旋运动行为,在靠近焊件底部,金属材料则主要以层流的形式向搅拌头后方迁移。

方形管分流模双孔挤压过程中金属的流动行为

采用Deform-3D有限元软件,结合基于逆向工程的焊合面网格修复技术,建立方形管分流模双孔挤压时包括焊合过程在内的全过程的三维有限元数值模拟方法,分析分流孔的配置方案对金属流动行为、挤压力、挤压温度及成形质量的影响。结果表明:中间分流孔与位于两侧分流孔的面积比值Q1/Q2是影响金属流动均匀性、焊缝位置和制品平直度的重要因素,比值Q1/Q2为0.93～1.03时,挤出的方管平直度好;分流孔外接圆直径和挤压筒直径的比值对挤压过程中温升的影响较小,而对挤压力有一定的影响,当该比值为0.82时挤压力最小,该比值超过0.82时挤压力明显增加。

轴向超声振动对搅拌摩擦焊过程中金属流动行为的影响

以7N01-T4合金作为实验材料,采用标识材料示踪法,进行了搅拌摩擦焊(FSW)和超声辅助搅拌摩擦焊(UAFSW)对比实验,重点研究了轴向超声振动与搅拌针螺纹耦合作用下搅拌区(SZ)金属的流动行为。结果表明,施加轴向超声振动没有改变SZ金属沿焊接方向的宏观流动行为(如弧纹间距保持不变),但加剧了轴针影响区(PDZ)金属沿板厚方向的环形涡流运动,同时超声作用下轴肩与搅拌针端部的高频锻压作用促进了轴肩影响区(SDZ)和涡流区(SWZ)金属的流动。在分析轴向超声振动条件下搅拌针周围金属受力状态基础上,提出了微区"抽吸-挤压"效应模型,解释了轴向超声振动提高SZ金属流动能力的本质。当采用有螺纹的搅拌针焊接时,轴向超声振动与搅拌针螺纹的耦合作用所产生的微区"抽吸-挤压"效应导致SZ金属流动能力显著提高。当采用无螺纹的搅拌针焊接时,施加轴向超声振动显著降低搅拌针对SZ金属的剪切作用,导致SZ的金属流动能力减弱,更容易形成焊接缺陷。

摩擦条件对铝合金挤压变形流动行为的影响

通过有限元模拟和实验,对不同摩擦挤压过程中铝合金变形流动行为的机理进行分析,并利用罗德系数和应力偏量不变量(J2)等特征量进行变形分区。结果表明:采用积极摩擦可使挤压时的"死区"缺陷完全消失,且塑性区内材料的应变类型由3种变为均一的拉伸类变化,显著地提高了挤压过程中坯料横断面上金属流速的均匀性,更利于金属的挤出成形。

焊接速度对BT-FSW 2219铝合金接头流动行为及组织与力学性能影响分析

以4 mm厚2219-T87铝合金为研究对象,采用数值模拟和试验研究相结合的方法,研究了焊接速度对双轴肩搅拌摩擦焊接(BT-FSW)过程中金属流动行为、接头组织特征和力学性能的影响.模拟结果表明,随着焊接速度增加,焊缝高温区逐渐变窄,轴肩附近的材料流动减弱,而搅拌针附近的材料流动增强.试验结果表明,随着焊接速度增加,材料汇流区及S线缺陷均向前进侧(AS)靠近,焊接速度过大时AS附近的搅拌区(SZ)形成不连续组织.接头SZ的硬度值随着焊接速度增加而增大,而拉伸强度先增大后稍降低.当转速为300 r/min,焊接速度为150 mm/min时,接头获得最大的拉伸强度,为414 MPa±4MPa.

异形管材分流模挤压焊合过程金属流变及模具受力的模拟分析

针对采用有限元模拟时焊合面不能设置为刚性对称面的空心型材,其焊合过程不能模拟计算的问题,提出了基于有限元法结合逆向工程技术的焊合面网格重构技术的解决方法,并采用该方法对异形管材分流模挤压的焊合过程进行了模拟分析.研究结果表明:当挤压行程为33.1 mm时完成了焊合,焊合温度范围477~496℃,焊合室内静水压力为169~3 463 MPa,满足焊合要求;分流桥的焊合角部位所受应力最大,约为205 MPa.模具结构设计合理.

复杂断面空心型材的双级分流模挤压过程模拟分析

对于非对称断面、大壁厚且空心的复杂断面空心铝型材,采用常规分流模挤压时很难平衡金属流速,型材挤出后经常产生弯曲或扭拧现象。为此,提出了在常规分流模前增加一级分流模,使传统的分流-焊合-成形的3个阶段变为预分流-分流-焊合-成形的4个阶段,进而达到平衡金属流速目的。研究结果表明：双级分流模比常规分流模挤压时金属流动均匀性得到了改善;各孔金属流速平均值为6.41 mm·s^-1,方差为0.2511且降低了65%;挤压温度场分布均匀,温差在7-12℃之间范围内,抵消了温差不均匀的影响;焊合室内静水压力平均值约为290 MPa,模芯周围静水压力分布均匀,模芯不易发生移动。