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Discrete element and finite element coupling simulation and experiment of hot granule medium pressure forming 被引量:3
1
作者 董国疆 赵长财 +1 位作者 押媛媛 赵建培 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第12期4089-4101,共13页
The granule medium of discreteness is supposed to be continuous(Drucker-Prager model) in the existing finite element simulation analysis on the hot granule medium pressure forming(HGMF) process, so the granule med... The granule medium of discreteness is supposed to be continuous(Drucker-Prager model) in the existing finite element simulation analysis on the hot granule medium pressure forming(HGMF) process, so the granule medium may produce tensile stress in the process of pressure-transferring and flowing, which does not coincide with the reality. The analysis method, discrete element and finite element(DE-FE) coupling simulation, is proposed to solve the problem. The material parameters of simulation model are obtained by the pressure-transfer performance test of granule medium and the hot uniaxial tensile test of sheet metal. The DE-FE coupling simulation platform is established by adopting Visual Basic language. The features in the process that AA7075-T6 conical parts are formed by the HGMF process are analyzed and verified by the process test. The studies show that the results of DE-FE coupling simulation coincide well with the test results, which provides a new analysis method to solve the mechanics problem in the coupling of discrete and continuum. 展开更多
关键词 granule medium aluminum alloy sheet hot forming finite element discrete element
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Flexible-die forming process with solid granule medium on sheet metal 被引量:13
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作者 董国疆 赵长财 曹秒艳 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第9期2666-2677,共12页
Certain non-metallic granules (NMG) were selected as the research object. It was proposed to conduct the volume compression experiments as well as those on the NMG physical properties at high stress levels. Then, no... Certain non-metallic granules (NMG) were selected as the research object. It was proposed to conduct the volume compression experiments as well as those on the NMG physical properties at high stress levels. Then, not only the volume compression ratio curve but also the extended Drucker-Prager linear model were obtained. In addition, through the friction strength tests, parameters of the Mohr-Coulomb model were gained, which proved in basic agreement with those of the extended Drucker-Prager linear model. Additionally, curves of the friction coefficients between the NMG and the sheet metal trader different pressures were also obtained. Based on the material performance experiments, numerical analysis in respect of flexible-die forming process with solid granule medium (SGM) was conducted. The die and device for experiments of solid granule medium forming (SGMF) on sheet metal were designed and manufactured. Typical parabolic parts were successfully trial-produced. The tests and simulation results show that the sheet formability is significantly improved for the extraordinary friction performance during interaction between the SGM and the sheet metal surface. The process control and die structure are simple, and the shaped work-pieces enjoy many advantages, such as satisfactory surface quality and favorable die fitability, which offers a brand-new method and means for processing and preparation of sheet metals. 展开更多
关键词 solid granules medium forming DRAWING sheet metal finite element simulation
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Process of back pressure deep drawing with solid granule medium on sheet metal 被引量:8
3
作者 董国疆 赵长财 曹秒艳 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2014年第7期2617-2626,共10页
The experimental die apparatus of the solid granules medium forming on sheet metal was designed and manufactured.Typical parts,such as conical,parabolic,cylindrical and square-box-shaped components,were successfully t... The experimental die apparatus of the solid granules medium forming on sheet metal was designed and manufactured.Typical parts,such as conical,parabolic,cylindrical and square-box-shaped components,were successfully trial-produced as well.According to the analysis of the changing trends of the cross-section shape and the wall thickness during the process,it can be found that the shape of the free deformation zone of the sheet metal,which is the most critical thinning area,can be described as an approximately spherical cap.According to this forming feature,back pressure deep drawing technology with solid granules medium on sheet metal was proposed to restrain drastic thinning at the bottom of the part through the joint friction effect of solid granules medium,the back pressure tringle and the sheet metal.Therefore,the deep drawing limit of the sheet metal is significantly improved.In order to fabricate thin-walled rotary parts with great drawing ratio and complex cross-sections,a finite element model based on the material property test of the solid granules medium was established to optimize the scheme of the back pressure deep drawing.The effects on the forming performance of sheet metal from back pressure load and the approach of blank holding control were analyzed through this model. 展开更多
关键词 solid granules medium forming DRAWING sheet metal finite element simulation
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板料固体颗粒介质成形新工艺及其数值模拟 被引量:18
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作者 赵长财 李晓丹 +1 位作者 董国疆 王银思 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期211-215,共5页
在板料成形技术中,板料软模成形是板料成形工艺中发展最快的工艺。但传统的板料软模成形工艺存在着许多缺点。为此,提出了既能克服现有软模成形工艺的缺点,又汲取各自优点的新的软模成形工艺——板料固体颗粒介质成形新工艺。板料固体... 在板料成形技术中,板料软模成形是板料成形工艺中发展最快的工艺。但传统的板料软模成形工艺存在着许多缺点。为此,提出了既能克服现有软模成形工艺的缺点,又汲取各自优点的新的软模成形工艺——板料固体颗粒介质成形新工艺。板料固体颗粒介质成形新工艺是采用固体颗粒介质代替刚性凸模(或弹性体、液体)的作用对板料进行软模成形的先进工艺。该工艺具有模具结构简单,零件表面质量好,能够有效提高板材成形极限,节省多套模具和设备等优点。应用本工艺成功试制出深曲面类典型零件。通过将固体颗粒介质作为连续体介质处理,建立了子午面为抛物线形件的有限元模型。模拟和实测结果对比表明,应用连续体材料模型的模拟结果和实测结果较为接近。 展开更多
关键词 固体颗粒介质 成形 有限元模拟
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基于DEM-FEM的AZ31B板材软模成形极限预测 被引量:7
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作者 曹秒艳 李建超 +2 位作者 苑亚宁 赵长财 董国疆 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期675-683,共9页
针对金属板材固体颗粒介质成形工艺中散体颗粒的离散性能和板材连续变形特点,提出并构建离散元-有限元耦合仿真模型。通过试验和数值模拟相结合的方法,建立镁合金板材温热成形韧性破裂准则,并验证该准则的有效性。最后结合韧性断裂准则... 针对金属板材固体颗粒介质成形工艺中散体颗粒的离散性能和板材连续变形特点,提出并构建离散元-有限元耦合仿真模型。通过试验和数值模拟相结合的方法,建立镁合金板材温热成形韧性破裂准则,并验证该准则的有效性。最后结合韧性断裂准则对AZ31B镁合金固体颗粒介质筒形件温热拉深进行离散元-有限元耦合模拟,对其成形极限进行预测分析,并展开相应条件下的拉深成形试验。结果表明:基于韧性断裂准则的离散元-有限元耦合分析方法可以有效预测镁合金板固体颗粒介质温热拉深成形极限。 展开更多
关键词 离散元 有限元 镁合金 固体颗粒介质 成形极限
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油井水力压裂流-固耦合非线性有限元数值模拟 被引量:38
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作者 张广明 刘合 +3 位作者 张劲 彪仿俊 吴恒安 王秀喜 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期113-116,共4页
基于多孔介质流-固耦合的控制方程,推导了相应的非线性增量有限元列式,并采用以节点位移和孔隙压力为自由度的黏结单元来模拟水力损伤造成的预设裂缝的起裂和扩展,在此基础上建立了油井水力压裂的有限元模型。在该模型中考虑了压裂液的... 基于多孔介质流-固耦合的控制方程,推导了相应的非线性增量有限元列式,并采用以节点位移和孔隙压力为自由度的黏结单元来模拟水力损伤造成的预设裂缝的起裂和扩展,在此基础上建立了油井水力压裂的有限元模型。在该模型中考虑了压裂液的黏性系数和支撑剂的体积浓度随时间变化,所有参数均采用现场压裂的数据。通过数值模拟,得到了缝口压力、射孔孔眼摩阻、沿程摩阻、井筒内液柱静水压力和地面井口压力随压裂时间的变化规律,并给出了"压裂作业三条线",模拟得到的"压裂作业三条线"与现场压裂实测结果吻合良好。 展开更多
关键词 水力压裂 多孔介质 流-固耦合方程 压裂液 非线性有限元 数值模拟
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圆筒件固体颗粒介质成形壁厚及变形规律研究 被引量:5
7
作者 董国疆 赵长财 +2 位作者 曹秒艳 郝海滨 杨东峰 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第16期1992-1998,共7页
固体颗粒介质板材成形工艺是采用固体颗粒介质代替刚性凸模(或弹性体、液体)的作用对板料进行软模成形的工艺。基于对固体颗粒介质材料性能的试验和研究,设计制造了板料成形试验模具与装置,通过成形试验成功试制出圆筒形零件。通过试验... 固体颗粒介质板材成形工艺是采用固体颗粒介质代替刚性凸模(或弹性体、液体)的作用对板料进行软模成形的工艺。基于对固体颗粒介质材料性能的试验和研究,设计制造了板料成形试验模具与装置,通过成形试验成功试制出圆筒形零件。通过试验,得出圆筒形零件成形过程中不同阶段的壁厚变化规律,自由变形区的形状变化可用圆曲线的函数模型精确描述。通过将固体颗粒介质作为连续体介质处理,建立了板材成形的有限元模型。数值模拟和试验结果对比显示,应用连续体材料模型的模拟计算结果与实测结果较为接近。 展开更多
关键词 固体颗粒介质 拉深 板料 有限元模拟
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固体颗粒介质成形工艺变形模型研究 被引量:4
8
作者 赵长财 王银思 +2 位作者 李晓丹 董国疆 任学平 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第1期75-80,共6页
介绍了固体颗粒介质成形新工艺,即采用固体颗粒介质代替刚性凸模(或弹性体、液体)的作用对板料进行软模成形的工艺,并阐述了新工艺的优点。自行设计制造了板料成形试验模具与装置,通过成形试验成功试制出子午面为抛物线与锥形两种典型... 介绍了固体颗粒介质成形新工艺,即采用固体颗粒介质代替刚性凸模(或弹性体、液体)的作用对板料进行软模成形的工艺,并阐述了新工艺的优点。自行设计制造了板料成形试验模具与装置,通过成形试验成功试制出子午面为抛物线与锥形两种典型曲面类零件。对成形件外轮廓的测量分析可知,固体颗粒介质成形过程中,自由变形区的形状可用抛物线函数非常精确地表示。通过建立抛物线函数变形模型,推导出两种典型零件成形中压头压入行程与板料最大变形量的函数关系。通过对板材固体颗粒介质成形新工艺进行数值模拟,进一步验证了抛物线函数变形模型。 展开更多
关键词 固体颗粒介质 拉深 胀形 板料 自由变形区 变形模型 数值模拟
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镁合金板材颗粒介质拉深工艺参数数值模拟 被引量:10
9
作者 曹秒艳 赵长财 董国疆 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期2992-2999,共8页
为提高镁合金板材拉深性能,提出一种基于固体颗粒介质成形(Solid granules medium forming,SGMF)工艺的镁合金板材差温拉深工艺。以单向拉伸试验获取的AZ31B镁合金板材真应力—应变曲线和颗粒材料性能试验构建的介质线性Drucker-Prage... 为提高镁合金板材拉深性能,提出一种基于固体颗粒介质成形(Solid granules medium forming,SGMF)工艺的镁合金板材差温拉深工艺。以单向拉伸试验获取的AZ31B镁合金板材真应力—应变曲线和颗粒材料性能试验构建的介质线性Drucker-Prager本构模型为基础,采用有限元法对板材拉深成形进行热力耦合数值模拟并进行试验验证,研究压边力、压边间隙和温度对板材拉深性能的影响。结果表明:压边间隙和压边力联合控制比单纯控制压边力或是压边间隙更能有效地提高板材拉深性能;AZ31B镁合金板材在拉深过程中对温度有较强敏感性,板材变形温度为250~300℃,颗粒介质与其温差100~150℃时,板材达到最佳拉深性能;颗粒介质能够对工件筒壁部位提供轴向摩擦力,该摩擦力能有效提高材料拉深性能并保证板厚的均匀性,这是SGMF工艺的优势所在。 展开更多
关键词 AZ31B镁合金 固体颗粒介质成形 差温 数值模拟
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商用飞机撞击核电站屏蔽厂房数值模拟 被引量:7
10
作者 刘晶波 韩鹏飞 +2 位作者 郑文凯 陆新征 林丽 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期391-399,共9页
为研究大型商用飞机撞击核电站屏蔽厂房的毁伤特性,建立了Boeing 767商用飞机和双钢板混凝土屏蔽厂房的有限元模型,模拟两者的相互撞击作用过程,得到飞机不同部位(机身、发动机)对屏蔽厂房的撞击力时程曲线,对每一个作用部分给出简化撞... 为研究大型商用飞机撞击核电站屏蔽厂房的毁伤特性,建立了Boeing 767商用飞机和双钢板混凝土屏蔽厂房的有限元模型,模拟两者的相互撞击作用过程,得到飞机不同部位(机身、发动机)对屏蔽厂房的撞击力时程曲线,对每一个作用部分给出简化撞击力曲线和作用面积,确定了撞击力分布形式。结果分析表明:飞机轴向网格尺寸对撞击力影响较大;屏蔽厂房被撞击部位变形明显,其他区域变形较小;撞击速度对撞击作用时间影响较小,而对结构响应位移影响很大,撞击力合力随着撞击速度的降低迅速下降。 展开更多
关键词 固体力学 飞机撞击 有限元模型 屏蔽厂房 撞击力 分布形式
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板料颗粒介质软凹模成形颗粒运动规律研究 被引量:5
11
作者 黄倩影 骆俊廷 +1 位作者 范存杰 张春祥 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期113-116,125,共5页
分析了板料颗粒或粉末介质软凹模成形工艺的特点。以宽板弯曲为例,在基本假设的基础上,建立板料颗粒介质软凹模成形过程中颗粒运动的有限元基本模型,对弯曲过程中颗粒的运动规律进行了有限元分析,并对筒形件颗粒软凹模拉深成形过程中颗... 分析了板料颗粒或粉末介质软凹模成形工艺的特点。以宽板弯曲为例,在基本假设的基础上,建立板料颗粒介质软凹模成形过程中颗粒运动的有限元基本模型,对弯曲过程中颗粒的运动规律进行了有限元分析,并对筒形件颗粒软凹模拉深成形过程中颗粒的运动过程进行了物理模拟。在数值模拟与物理试验模拟研究的基础上,得到了颗粒介质软凹模成形过程中颗粒运动的基本规律,建立了板料颗粒介质软凹模成形颗粒运动的分区模型,为该工艺的实际应用提供了理论依据。 展开更多
关键词 颗粒介质 软凹模 有限元模拟 运动规律
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成形路径对金属激光立体成形过程热及应力影响的有限元分析 被引量:3
12
作者 刘婷 杨海欧 +1 位作者 王波 马良 《铸造技术》 CAS 2018年第7期1505-1510,共6页
针对金属激光立体成形建立了温度场/应力场瞬态3D有限元分析模型。以304L不锈钢薄板多道单层成形为研究对象,对比分析了光栅式、轮廓偏置式及Hilbert分形式3种成形路径对成形件温度场、应力及变形的影响。结果表明,成形件的温度梯度及... 针对金属激光立体成形建立了温度场/应力场瞬态3D有限元分析模型。以304L不锈钢薄板多道单层成形为研究对象,对比分析了光栅式、轮廓偏置式及Hilbert分形式3种成形路径对成形件温度场、应力及变形的影响。结果表明,成形件的温度梯度及等效应力在成形过程中呈减小趋势。在成形过程中,Hilbert分形扫描产生的瞬时温度梯度及等效应力最小。成形结束后,基板上表面在激光最终扫描位置残余拉应力较高。光栅式扫描所产生的应力最大,基板变形最小,Hilbert分形扫描残余应力小而变形较大。 展开更多
关键词 激光立体成形 热弹塑性 有限元仿真 扫描路径
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车灯反光罩的固体颗粒介质成形有限元分析 被引量:1
13
作者 李晓丹 肖心萍 +1 位作者 王淑英 张虹 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2013年第9期111-114,117,共5页
汽车车灯反光罩是一种高成形质量的抛物线零件。通过固体颗粒介质成形工艺成功地成形出了车灯反光罩。通过数值模拟分析了成形过程中料厚变化,确定了合理压边限制距离,优化了模具结构。按照模拟结果,通过试验获得了成形过程中各阶段成... 汽车车灯反光罩是一种高成形质量的抛物线零件。通过固体颗粒介质成形工艺成功地成形出了车灯反光罩。通过数值模拟分析了成形过程中料厚变化,确定了合理压边限制距离,优化了模具结构。按照模拟结果,通过试验获得了成形过程中各阶段成形参数及工件。它能直接成形出深抛物线型零件,而实验结果验证了数值模拟的准确性。 展开更多
关键词 车灯反光罩 固体颗粒介质 有限元分析
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真空灭弧室主屏蔽罩的固体颗粒介质成形工艺 被引量:1
14
作者 曹秒艳 胡晗 +3 位作者 李小钊 宋鹏飞 隋宽鹏 付敏 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1000-1006,共7页
针对真空灭弧室主屏蔽罩截面形状复杂造成的难成形问题,提出了主屏蔽罩的固体颗粒介质成形(SGMF)工艺。基于ABAQUS有限元软件建立了主屏蔽罩的有限元-离散元耦合分析模型,研究了成形路径、摩擦因数、填料高度对主屏蔽罩成形的影响,确定... 针对真空灭弧室主屏蔽罩截面形状复杂造成的难成形问题,提出了主屏蔽罩的固体颗粒介质成形(SGMF)工艺。基于ABAQUS有限元软件建立了主屏蔽罩的有限元-离散元耦合分析模型,研究了成形路径、摩擦因数、填料高度对主屏蔽罩成形的影响,确定了主屏蔽罩的合理成形工艺参数,设计并制造了主屏蔽罩SGMF模具。试验验证了有限元-离散元耦合模型的准确性,并基于模拟的合理参数获得了主屏蔽罩零件。 展开更多
关键词 固体颗粒介质 有限元-离散元耦合 主屏蔽罩 双向成形
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航空发动机叶片导流管的固态介质模锻成形技术
15
作者 韩金全 王上朝 +1 位作者 孟宝 万敏 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2022年第10期52-60,共9页
对导流管的固态介质模锻成形工艺过程进行了有限元仿真,并对管坯尺寸、芯料体积、管坯与芯料和模具的摩擦系数等工艺参数展开研究,得到该工艺各参数对管坯成形后的厚度分布和形状精度的影响规律。分别通过单向拉伸试验和单向压缩试验,... 对导流管的固态介质模锻成形工艺过程进行了有限元仿真,并对管坯尺寸、芯料体积、管坯与芯料和模具的摩擦系数等工艺参数展开研究,得到该工艺各参数对管坯成形后的厚度分布和形状精度的影响规律。分别通过单向拉伸试验和单向压缩试验,得到管坯材料和固态介质锡的应力–应变关系。给出了以零件最终几何信息来确定管坯和芯料几何尺寸的方法。为了避免飞边的出现,提出了沿切向设置分模面的模具设计方式。依据材料数据、管坯、芯料和模具的几何模型,建立了成形过程的有限元模型并对工艺过程进行仿真。将仿真结果中的零件厚度分布和贴模度作为评价成形质量的指标,分析了管坯和芯料的尺寸参数α和β,以及管坯与芯料、模具的摩擦系数fi和ft对成形结果的影响规律。结果表明,管坯和芯料的周长和容积缩放系数组合为α=1.00和β=1.05,摩擦系数组合为fi=0.05和ft=0.05时更有利于成形结果的厚度和贴模度分布。 展开更多
关键词 高温合金带材 管成形 模锻 固态介质 切向分模面 有限元工艺仿真
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铝合金半固态挤压扩展成形过程三维数值模拟
16
作者 石路 王顺成 +1 位作者 温景林 刘相华 《材料与冶金学报》 CAS 2006年第1期68-72,共5页
以半固态挤压扩展成形A2017铝合金扁型材为研究对象,采用有限元方法对半固态挤压扩展成形过程热流耦合场进行三维数值模拟,建立了热流耦合数学模型,确定了计算模型的边界条件以及所研究合金的热物性参数,获得了不同工艺参数和模具设计... 以半固态挤压扩展成形A2017铝合金扁型材为研究对象,采用有限元方法对半固态挤压扩展成形过程热流耦合场进行三维数值模拟,建立了热流耦合数学模型,确定了计算模型的边界条件以及所研究合金的热物性参数,获得了不同工艺参数和模具设计参数下合金动态凝固过程的温度场和速度场,特别是模具设计参数对模腔内合金流动规律的影响,从而为合理设计成形模具,调整成形工艺,提高制品质量找到依据. 展开更多
关键词 半固态金属 挤压扩展成形 数值模拟 有限元方法 A2017铝合金
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半固态连续成形Al-Fe合金的工艺参数优化及组织性能分析
17
作者 张雪飞 张越 +2 位作者 张发 张弛 杜宝怡 《沈阳大学学报(自然科学版)》 CAS 2023年第4期273-278,共6页
针对Al-Fe合金半固态连续成形工艺中挤压轮转速、挤压温度、Fe元素质量分数等参数进行优化。结果表明:当挤压轮转速为10 r·min-1、挤压温度为690℃、合金中Fe元素质量分数为1.00%时,可获得较好的Al-Fe合金线材质量。采用扫描电镜(S... 针对Al-Fe合金半固态连续成形工艺中挤压轮转速、挤压温度、Fe元素质量分数等参数进行优化。结果表明:当挤压轮转速为10 r·min-1、挤压温度为690℃、合金中Fe元素质量分数为1.00%时,可获得较好的Al-Fe合金线材质量。采用扫描电镜(SEM)、扫描电镜能谱分析(EDS)及透射电镜(TEM)对半固态连续成形最优工艺条件下制备的Al-Fe合金进行微观组织分析,确定了第二相成分,并分析了半固态连续成形工艺对含铁相的细化作用。经拉伸力学性能测试,Al-Fe合金线材屈服强度为85 MPa、抗拉强度为142 MPa、延伸率为35%;SEM测试表明拉伸断口形貌为韧性断裂。 展开更多
关键词 AL-FE合金 半固态连续成形 工艺参数优化 有限元数值模拟 微观组织形貌
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6016铝合金汽车典型结构件固溶成形工艺研究 被引量:4
18
作者 刘萌 单忠德 +2 位作者 李新亚 臧勇 黄江华 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第22期2648-2654,共7页
以某车型铝合金汽车后风挡下横梁为研究对象,利用PAM-STAMP软件进行了一步固溶成形和分步固溶成形工艺分析。通过优化关键工艺参数如摩擦因数和成形温度,结合相应的工艺实验,建立了工艺仿真模型;通过对测量路径上壁厚分布的实验值与数... 以某车型铝合金汽车后风挡下横梁为研究对象,利用PAM-STAMP软件进行了一步固溶成形和分步固溶成形工艺分析。通过优化关键工艺参数如摩擦因数和成形温度,结合相应的工艺实验,建立了工艺仿真模型;通过对测量路径上壁厚分布的实验值与数值模拟值进行误差对比分析,判断成形工艺合理性。结果表明:汽车后风挡下横梁采用一次成形方式容易在中间形变突变处造成开裂或减薄现象,随着摩擦因数增大,最小厚度急剧减小;相比一次成形方式,采用分步成形方式,最小减薄率减小了4.67%,回弹量减小了40.21%,温度与摩擦因数对最小厚度的影响较小;经时效处理后进行力学性能检测,铝合金汽车后风挡下横梁抗拉强度达到308 MPa,表明采用固溶成形工艺是可行的。 展开更多
关键词 铝合金固溶成形 6016铝合金 后风挡下横梁 有限元模拟 力学性能
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金属激光立体成形热应力场参数化有限元模型 被引量:18
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作者 马良 黄卫东 +2 位作者 于君 王波 杨海欧 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第12期3226-3232,共7页
针对金属材料的激光立体成形(MLSF)工艺,利用大型有限元分析工具Ansys的二次开发语言APDL,开发了成形过程温度场、应力场的参数化有限元模型。该模型综合考虑了随温度变化的材料非线性、高斯激光能量分布、对流/辐射换热边界条件、相变... 针对金属材料的激光立体成形(MLSF)工艺,利用大型有限元分析工具Ansys的二次开发语言APDL,开发了成形过程温度场、应力场的参数化有限元模型。该模型综合考虑了随温度变化的材料非线性、高斯激光能量分布、对流/辐射换热边界条件、相变以及自由变形约束等一系列问题。通过使用过渡网格划分技术,在提高计算精度的基础上,大幅减少了单元数目,从而实现了金属激光立体成形过程的整体建模。采用移动热源和单元生死技术,对激光成形过程热应力场进行了有效仿真,在准确计算温度场演化规律的基础上,揭示了塑性压缩区、塑性拉伸区、卸载区等热应力场产生的原因。使用该参数化模型便于研究金属激光立体成形工艺条件、不同材料等对成形过程热应力场的影响。 展开更多
关键词 激光技术 金属激光立体成形 热应力场 有限元仿真
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基板预变形下激光立体成形直薄壁件应力和变形的有限元模拟 被引量:10
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作者 王凯 杨海欧 +2 位作者 刘奋成 林鑫 黄卫东 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期68-74,共7页
针对单道多层的直薄件激光立体成形过程,建立了基板预变形和无预变形条件下的3D参数化有限元模型,进行了应力和变形的瞬时热弹塑性有限元模拟分析。模拟结果表明,基板预变形处理影响成形件应力和变形的分布与大小,并可减轻基板的翘曲变... 针对单道多层的直薄件激光立体成形过程,建立了基板预变形和无预变形条件下的3D参数化有限元模型,进行了应力和变形的瞬时热弹塑性有限元模拟分析。模拟结果表明,基板预变形处理影响成形件应力和变形的分布与大小,并可减轻基板的翘曲变形。预变形下基板下表面具有初始拉应力点的残余应力值比无预变形要小,基板与熔覆层接触的界面中间位置残余应力也小于无预变形的情况,直薄壁件最大残余压应力所在位置也发生变化。在两模型中,熔覆层两侧边缘位置变形严重,而中间位置变形较小。熔覆层首层的沉积对基板变形量影响最大,后续熔覆层的沉积对基板变形量影响程度逐渐减小并最终趋于稳定。成形前对基板进行适当的预变形处理可以有效控制成形件变形和改善应力分布。 展开更多
关键词 光学制造 激光立体成形 有限元模拟 基板预变形 应力 变形
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