金属波纹管热屈曲成形数值模拟研究

研究了金属管材在高温软化和轴向压力作用下的局部屈曲变形行为,实现了304不锈钢波纹管的热屈曲成形。通过二次开发的DFLUX和FILM子程序在Abaqus软件上模拟了实验过程中的感应加热和喷气冷却作用,建立了金属波纹管热屈曲成形有限元模型。通过对比测温点温度及波纹高度的模拟值与实测值,验证了所建立的模型具有良好的计算精度。在此基础上,应用该模型计算了加热宽度对成形结果的影响,结果表明,随着加热宽度的增加,波纹管高度和壁厚分别有小幅度上升和下降,采用热屈曲技术成形的波纹管未出现减薄现象,且整个波纹轮廓上波峰位置处壁厚最大。

热冲压钢B1500HS的氢脆现象试验研究

基于电化学充氢原理搭建氢脆试验平台,开展渗氢热冲压钢的慢应变速率拉伸试验,研究热冲压钢B1500HS的氢脆现象。对比分析了含氢热冲压钢与原始热冲压钢的力学性能、断裂形式及断口形貌等差异,并讨论了充氢时间、电流密度参数对热冲压钢氢脆现象的影响。结果表明,热冲压钢充氢后力学性能显著下降,强度最高下降65. 6%,塑性损失达95. 1%;原始热冲压钢拉伸断口成韧窝状,而渗氢热冲压钢断口成准解理状,渗氢后热冲压钢的断裂形式发生了由韧性到脆性断裂的转变;随着充氢时间的增加,热冲压钢的力学性能先降低,随后略有增加;而随着电流密度的增大,热冲压钢的强度和伸长率逐渐降低,在一定时间后趋于稳定。

热冲压高强钢不同充氢时间下的氢浓度计算及其与氢脆层关系研究

分别通过理论公式及有限元模拟,计算了热冲压高强钢B1500HS在不同充氢时间下的氢浓度分布,并通过微观形貌观测,分析了同一条件下的氢脆层特征。计算结果显示:随着充氢时间的增加,热冲压钢中氢的扩散距离和高氢浓度分布区面积增大;同时,热冲压钢力学性能显著下降,拉伸断口呈现明显的脆韧分区现象,且充氢时间越长,脆性区深度越大。对比分析氢浓度分布和拉伸断口的脆韧分区结果发现:只有氢浓度达到某临界值,才会出现光滑的脆性区,低氢浓度区域依旧保持韧性断裂的特征。

金属薄板后屈曲变形与回弹的数值模拟研究

研究了304不锈钢薄板在受到面内压缩载荷后发生的屈曲与后屈曲变形及回弹现象。基于通用有限元软件LS-DYNA对比分析了几类典型本构模型对屈曲变形的模拟精度。通过与单向屈曲成形实验进行对比,发现后屈曲变形的数值模拟精度较依赖于硬化模型,对屈服准则较不敏感;而各向同性硬化模型相比于随动硬化模型具有综合优势。利用优化的Barlat屈服准则和Hollomon各向同性硬化模型计算形状复杂的双向屈曲问题,模拟结果与实验结果吻合良好。

基于HyperMesh、MoldFlow与Nastran的注塑优化集成

对考虑充模历史情况下的模具结构分析与优化进行了研究,综合运用HyperMesh、Moldflow和Nastran等多种软件完成从几何建模、网格划分、分析计算到结果处理的整个过程,实现了模流分析与模具结构分析的集成优化。结果表明,注射成型工艺与模具结构分析的集成可以更加真实和全面地模拟注塑过程中塑料的流动情况和模具变形情况,为模具设计提供更为全面的参考依据。

基于响应面法的铝合金波纹管热屈曲成形工艺参数分析

基于热屈曲成形原理进行了铝合金波纹管单波成形实验研究。通过单因素实验研究了压缩距离、加热温度、压缩速度、加热宽度、管材壁厚以及管材直径对成形质量的影响。在单波成形的基础上,利用响应面法建立了工艺参数与波纹管的波高和波宽之间的关系模型。结果表明,压缩距离和加热温度对不同壁厚和管材直径的波纹管的波高均具有显著影响,加热宽度则对波宽有较大影响,而压缩速度的影响相对较弱。此外,根据响应面模型反推出要获得预期波纹轮廓所需输入的成形工艺参数,并通过实验验证了该模型的可靠性。成形轮廓误差小于4.5%。

金属薄板单轴弹塑性屈曲变形与回弹的几何参数研究

针对金属薄板受压时产生的弹塑性屈曲现象,开展理论与实验研究。将薄板屈曲分成加载和卸载两个阶段进行分析,对加载阶段引入余弦函数轮廓假设,对卸载阶段引入平面应变假设,以此建立薄板屈曲的几何特征参数模型。以304不锈钢为例,结合一套多向拉压装置,开展了不同长度的金属薄板屈曲变形与回弹实验。根据本文模型计算试样回弹后的参数,并与实验数据进行对比,其中高度误差小于5. 4%,长度误差小于2. 5%。进一步对参数分析表明:回弹后的长度与高度均随试样原始长度的增加而增加,且前者接近线性关系;随着板厚增加,回弹后试样高度增加而长度减小。

6082铝合金上摆臂件成形工艺初探

针对6082铝合金热锻时形成粗晶并影响锻件性能的问题,通过对坯料进行加热保温,对未变形与变形条件下的晶粒粗化进行研究,定量分析坯料表面粗晶层厚度,探讨加热温度与保温时间、热变形条件对6082铝合金粗晶现象的影响规律。得出结论:保温时间超过25 min后,粗晶层会迅速扩大;同时,在变形量为0. 7、变形温度为350~500℃区间、变形速率为0. 1~5 s-1条件下对试样进行压缩,并利用EBSD图像观察晶粒尺寸,发现均存在混晶现象,大应变速率下采用高变形温度有利于改善混晶。在此基础上,初步制定3种汽车上摆臂件的成形工艺方案,发现加热至540℃预锻并经二次加热再终锻这一方案有利于减小锻件粗晶层厚度。