DEFORM-2D和DEFORM-3DCAE软件在模拟金属塑性变形过程中的应用

介绍了塑性变形有限元分析软件DEFORM的模块结构 ,并通过实例分析介绍了此软件在应力、应变分布、载荷计算、点的跟踪、模具填充。

基于耦合CFD-FEM方法的严重事故下RPV蠕变失效风险评估

核电站严重事故发生后,反应堆压力容器(RPV)的剩余固壁在高温差、内压、熔池重量等的作用下可能发生蠕变失效。本文以CPR1000 RPV为研究对象,基于FLUENT软件二次开发求解反应堆压力容器下封头烧蚀温度场,然后基于ANSYS Workbench开展耦合CFD-FEM力学分析,求解严重事故下RPV烧蚀温度场稳定后72 h内的等效应力、等效塑性应变和等效蠕变应变,并评估了RPV的蠕变失效风险。结果表明:当堆坑注水等措施投运后,RPV剩余固壁在72 h内不会发生蠕变失效和塑性变形失效,有效卸压可明显提升RPV结构完整性的安全裕度。

三轴随机振动条件下电连接器插孔簧片疲劳损伤研究

针对电连接器在三轴随机振动环境下插孔簧片接触压力减小问题,建立了考虑电连接器装配关系和接触件连接情况的有限元模型,利用HyperMesh联合Ansys软件进行三轴随机振动有限元分析,得到不同振动应力水平下插孔簧片根部三轴向与三切向的应力功率谱密度,并基于最小畸变能原则合成其等效应力功率谱密度。使用非均匀离散傅里叶逆变换,根据等效应力功率谱密度计算得到插孔簧片根部的时域载荷历程,考虑插孔簧片根部预应力建立了应力均值与应力幅值的二维联合概率分布和当量载荷模型,并基于Miner累积损伤准则,给出了插孔簧片根部随振动时间和不同随机振动应力水平的疲劳累积损伤值。开展了三轴随机振动环境下电连接器恒定应力加速试验,结果表明,接触件插孔簧片接触压力减小是因为其开口直径增大,插孔簧片根部附近产生塑性变形,端面边缘材料出现不规则蠕动,且越靠近外侧蠕动趋势越强,由外向内逐渐减小。

薄带钢冷轧过程带钢变形的有限元分析

借助有限元软件 Marc,采用三维弹塑性有限元法对 4辊轧机冷轧薄带钢过程带钢变形进行了分析。计算模型对辊系的弹性变形与带钢的弹塑性变形按照接触问题进行耦合分析 ,得到了带钢厚度沿带钢宽度方向分布、边部减薄及有载辊缝等一系列有意义的结果 。

路基不均匀沉降对沥青路面受力变形影响的有限元分析

为了研究路基不均匀沉降对沥青路面受力变形的影响,对半填半挖路基进行弹塑性动力有限元分析,计算出在汽车荷载作用下由于路基土在力学和物理性质上的差异而产生的差异沉降。研究了两种工况(汽车荷栽作用产生的差异沉降及汽车荷载和土体固结共同作用产生的差异沉降)对沥青路面受力变形特性的影响,进而得出一种计算沥青路面破坏时临界差异沉降的方法,为实际工程设计、施工提供了理论依据。

边坡变形破坏演化特征的数值分析

边坡的破坏失稳是一个渐进累积的过程。在外部环境作用下,随着应力的升高,坡体内某些部分达到屈服,滑动面逐渐形成,直至完全贯通,随着塑性应变继续增大,边坡最终发生整体破坏。传统的分析方法无法显示坡体的受力、变形和滑动面贯通与破坏的全过程,而采用有限元强度折减法则可以定量显示变形破坏与滑动面发生发展的全过程。文中根据岩土性质和坡体构造对边坡进行了分类。分析不同边坡安全系数条件下各类边坡的变形图和塑性应变云图,可以看到坡体的变形趋势和坡体内滑动面随稳定安全系数的降低逐渐扩展、贯通,直至破坏的全过程,从而直观地揭示了边(滑)坡的破坏机理,为边(滑)坡的防治提供有效依据。

杯—杆类零件精密成形过程的有限元分析

以刚塑性有限元分析模型为基础,根据参考文献[1]对金属塑性变形的Mises屈服准则进行修正后,建立了新的数学模型,给出了统一的本构方程,对杯-杆类零件头部精密成形过程进行有限元数值分析。以万向节花键轴为例完成了常温条件下铅试件模拟试验,详细分析了其镦粗、复合挤压和反挤变形过程,计算出了变形体内部的速度场、应力场、应变场的分布结果和成形力随行程(时间)变化曲线,在网格重新划分时采用面积加权平均和体积加权平均相结合的算法,实现新、旧网格体系之间参数的传递,试验结果证明了数值模拟的正确性。

异型扁坯轧制过程的刚塑性有限元分析

利用刚塑性有限元方法分析异型扁坯的轧制成型过程 ,首次阐明了横向倾斜接触表面上节点速度分量之间的约束关系 ,得出异型扁坯宽展、筋高充满度的变化规律 ,其结果与实测值相吻合 。

四辊冷轧机轧辊弯曲和压扁变形的有限元分析

借助Marc有限元软件,采用三维弹塑性有限元法对四辊冷轧机冷轧过程进行了模拟,同时对轧辊变形进行了分析·计算模型中将辊系变形与带钢变形统一考虑,并解决了轧件与辊系之间的耦合问题,避免了采用假定或迭代方法确定轧制力分布时产生的误差·采用逐步收敛的求解过程使计算结果精确、可靠·在不同的轧制条件下,得出了带钢宽度、弯辊力等参数对辊系弯曲、工作辊接触弧上的压扁变形、板宽方向的压扁变形和有载辊缝的影响,为板形分析与控制提供了一种新的计算方法和参考数据·

玉米秆粉粒体压制成型模型的研究

通过密闭型圆筒准静态压缩试验，推导并建立了玉米秆粉粒体压制成型的本构方程，并用有限元模型进行了模拟。对压制成形的网格变形图、应变分布以及载荷位移曲线的分析表明，理论结果与试验结果一致。

实体膨胀管理论膨胀载荷的确定

实体膨胀管膨胀载荷是膨胀管钻井技术的关键参数。膨胀载荷分析方法是确定膨胀载荷和设计、优化膨胀工具的理论基础。针对实体膨胀管结构特点和塑性大变形膨胀过程,建立了实体膨胀管力学模型,提出了实体膨胀管膨胀载荷确定方法,给出了膨胀载荷计算公式,指出了膨胀载荷和膨胀管结构、材料性质、膨胀工具结构及其接触面上的摩擦因数之间的关系。通过和有限元数值计算结果、实际工程案例比较,相对误差为3.4%~5.8%,结果表明膨胀载荷分析方法合理、正确,对实体膨胀管钻井技术具有实际、有效的工程指导意义。

有限元法修正冷轧带钢工作辊接触压扁公式

采用弹塑性大变形有限元法对板带冷轧过程中工作辊的接触压扁进行模拟,利用数值手段对轧辊弹性压扁后的形状曲线进行拟合,并对计算轧辊压扁半径的Hitchcock公式进行了修正,大幅提高了轧制力的控制模型精度。

高速道岔尖轨矫直的有限元分析

采用三维实体有限单元法,建立了高速道岔尖轨矫直有限元模型,为高速道岔尖轨矫直提供理论指导.分析了加载支距、加载方式和加载量对尖轨矫直塑性变形、应力及尖轨线形的影响.结果表明:在加载量相同的情况下,随加载支距增大,尖轨产生的塑性变形减小,尖轨矫直从过量逐渐变为不足;在加载支距相同的情况下,随加载量增大,尖轨产生的塑性变形增大,尖轨矫直从不足逐渐变为过量;采用竖向加载并水平约束轨底两侧的矫直方式能明显改善尖轨的线形.最后,建议尖轨矫直采用大支距、小加载量并约束轨底两侧的方式.

基于弹塑性有限元方法的转盘轴承材料许用接触应力研究

建立了转盘轴承材料许用接触应力测定试验的弹塑性有限元模型,通过Hertz理论和弹塑性有限元模型分析,分别得到不同载荷作用下的接触应力以及对应的压痕深度,采用回归分析法建立了接触永久变形与钢球直径之比对接触应力的关系方程。经试验验证,转盘轴承材料许用接触应力的弹塑性有限元方法是可靠的。

板材多点成形隐式算法数值模拟专用软件及关键技术

板材在多点成形过程中的受力状态、接触边界以及速度边界条件等与传统的冲压成形有很大的不同 ,起皱、回弹等现象都有新的特点 ,而且产生了压痕等新的成形缺陷 ,商业软件的计算结果不理想 .为对多点成形进行准确数值模拟 ,开发了板材多点成形数值模拟专用软件 .采用基于UL隐式格式的弹塑性大变形有限元方法 ,解决了隐式算法迭代收敛以及回弹计算等问题 ,提出了处理多点不连续接触边界的接触单元技术与径向返回方法以及计算弹塑性应力的回映技术 ,这些方法与技术的有效性已在数值模拟应用中得到验证 .

钛合金板料激光冲击变形的数值模拟和实验

实验研究了激光能量和不同的冲击路径、冲击次数对TA2钛合金板料变形的影响,并用ABAQUS软件进行了有限元模拟。结果表明:随着激光能量的增加,板料的变形量增大;板料几何尺寸和厚度越大,板料越难变形;冲击次序不同,板的变形量也不同,板的变形以沿板的长度方向且对称冲击为最大。通过数值模拟可优化激光冲击的相关参数,预测板料变形。

纵筋板轧制刚塑性有限元分析有关技术问题的处理

纵筋板是一种异型板带新产品，其轧制过程是兼有板带和型钢变形特征的新的成形过程，局部具有严重畸变。本文利用刚塑性有限元法分析纵筋板的成形过程，结合其变形特征，给出相应的刚塑性有限元分析处理方法，其分析计算结果与实测结果相吻合。

板坯稳态立轧时的三维刚塑性有限元模拟

采用全三维刚塑性有限元法对室温下的铝板和不同温度下的２Ｓ－Ａｌ板平辊立轧稳定变形过程进行了解析（轧件断面形状的计算结果与实验值吻合较好），并分析了立轧过程中轧件金属质点的流动趋势。同时证实了轧辊速度对轧件断面形状几乎没有影响的重要现象。

纵筋板轧制过程的理论与实验研究

利用刚塑性有限元法分析纵筋板的成形过程，首次得出筋高沿变形区的变形规律，以及轧制时的筋高、轧制力等，其计算结果与实测结果相吻合．

304L不锈钢结构焊接变形分析

针对304L不锈钢材料进行了平板表面堆焊的试验研究和热弹塑性有限元分析.结果表明,试验和数值模拟结果的一致性验证了计算中所假定的材料高温性能参数的合理性.在此基础上,应用热弹塑性有限元法对304L不锈钢液化天然气独立液舱气室与筒体装焊的实例进行研究,成功地预测了结构的焊接变形,为304L不锈钢大型复杂结构焊接变形的模拟和控制提供了理论依据.