海底管线管全流程成形过程中残余应力演化

为了研究海底管线管全流程成形过程中残余应力的演化,考虑成形工序中应力的继承,采用ABAQUS软件开展了管线管JCO、焊接和多向缩径校准全流程成形过程有限元模拟。首先进行了JCO成形过程模拟,然后基于高斯面热源子程序对JCO成形后的管线管进行了焊接过程模拟,最后对焊接后的管线管进行了多向缩径校准成形过程模拟,探讨了多向缩径校准成形工艺参数对管线管残余应力的影响。模拟结果表明:多向缩径校准可以实现管线管几何形状和残余应力的双重调控;相对传统的2瓣模具缩径,采用4瓣模具和8瓣模具校准后的管线管残余应力分布更加均匀;摩擦因数对残余应力的影响不明显;采用4瓣模具、 0.04摩擦因数和1.6%缩径率校准后的管线管椭圆度可达0.05%,除焊接热影响区,管线管内外表面的最大周向残余应力分别为28和-45 MPa,截面Mises残余应力均值为(120±20) MPa,焊缝区和非焊缝区的Mises残余应力均值分别降低了79%和30%。

基于韧性断裂准则的AZ31B镁合金板材成形极限预测

结合损伤起始判据和损伤演化准则,建立了完整的韧性断裂准则,基于ABAQUS中韧性损伤材料模型对AZ31B镁合金板材成形极限进行了预测。通过拟合单向拉伸应力应变曲线得到材料本构模型及损伤演化参数,建立了板材的Nakazima半球形凸模胀形有限元仿真模型,再基于韧性断裂准则预测了AZ31B镁合金板材室温下的成形极限,并分析了不同板材断裂失效判据对成形极限的影响。研究结果表明,基于所建立的韧性断裂准则,并以损伤演化过程中应变路径转变作为断裂失效判据,可以较准确地预测镁合金板材成形极限,得到的成形极限图与实验结果吻合较好。

小弯曲半径厚壁热揻弯管成形工艺数值模拟

针对小弯曲半径的大口径厚壁弯管成形问题,基于ABAQUS有限元模拟软件,利用Dflux子程序模拟温度场进行顺序热力耦合,对外径Φ426 mm、壁厚50 mm的钢管进行弯曲半径为2.5D的热揻弯管成形工艺过程模拟,对比了不同加热位置对弯管成形质量的影响,发现加热位置与转轴在同一平面时成形质量更高。同时,在一定参数范围内,以减薄率、增厚率、椭圆度和弯曲半径为指标,通过正交试验,结合综合评分法研究了线圈宽度、加热温度和推进速度对热揻弯管成形质量的影响。结果表明,综合得分指标随温度的升高而降低,随线圈宽度增加和推进速度加快而升高,并获取了最佳工艺参数为:线圈宽度40 mm、加热温度900℃、推进速度25 mm·min^(-1)。

金属薄壁管件外压缩径成形理论及实验研究

起皱失稳问题是空心薄壁类零件在加工和应用领域的主要瓶颈。基于此,对金属薄壁管件缩径成形过程中的弹塑性失稳规律进行研究,提出预测缩径褶皱、提高成形件质量的方法及技术手段。基于L.H.Donnell线性屈曲理论,推导了管坯均布外压作用下的环向弹性及塑性起皱临界载荷表达式;探讨了成形条件及材料参数对管材抗起皱性能强弱的影响。利用固体颗粒介质缩径工艺实现了AA7075管材不同热处理条件下的缩径成形,工艺试验验证了管材缩径成形起皱失稳理论的相关结论。

热颗粒介质压力成形工艺离散元与有限元耦合仿真与实验(英文)

在现有热态颗粒介质压力成形(HGMF)工艺有限元仿真分析中,需要假设离散性质的颗粒介质为连续体(Drucker-Prager模型),这使得颗粒介质在传压和流动过程中产生拉应力,与实际工艺不相符。为解决此问题,提出离散元与有限元(DE-FE)耦合仿真分析方法。通过颗粒介质传压性能实验和板材热单向拉伸实验得到仿真模型的材料参数,采用Visual Basic语言建立DE-FE耦合仿真平台,分析HGMF工艺成形AA7075-T6圆锥形件的工艺特征,并进行工艺试验验证。研究表明:DE-FE耦合仿真结果与实验结果吻合较好,为解决离散体与连续体耦合作用的力学问题提供新的分析手段。

拼焊板成形性能的理论预测与实验研究（英文）

基于塑性本构关系和Hosfrod屈服准则,当拼焊板焊缝及热影响区金属的弹塑性力学性能已知时,提出一种获得拼焊板成形极限图的理论计算方法。建立获取拼焊板成形极限图的半球凸模胀形物理实验模型,并将物理实验结果与理论计算结果进行对比分析。研究结果表明:拼焊板及其母材成形极限图的理论计算结果与物理实验结果吻合较好;拼焊板的成形极限明显低于母材,说明拼焊板与母材相比,成形性能降低。该理论计算模型为快速准确获得拼焊板的成形极限图提供了一种方法。

铸锻联合成形工艺晶粒分布预测协同仿真技术

开发了一种铸锻联合成形工艺的协同仿真技术。采用ProCAST软件的CAFE模块进行铸造模拟,获得初始不均匀的铸态晶粒尺寸。编译了一组Fortran程序作为Deform-3D软件的功能模块,用以建立初始不均匀铸态晶粒尺寸的分布与Deform-3D锻造模型之间的耦合。通过对Deform-3D的二次开发,实现了锻造过程中微观组织演变的数值模拟。最终实现了对动态再结晶晶粒尺寸和动态再结晶体积分数的预测。采用开发的协同仿真技术对截齿齿体的铸锻联合成形工艺进行了数值模拟分析。模型分别采用了初始均匀的晶粒尺寸和由铸造模拟获得的初始不均匀的晶粒尺寸,获得了两种模型的动态再结晶晶粒尺寸和动态再结晶体积分数的分布。通过对比分析,证明了铸锻联合成形工艺晶粒分布预测协同仿真技术的可行性。

退火温度和压下量对点式锻压激光成形TC17钛合金组织性能的影响

采用点式锻压激光成形(PF-LF)技术成形了TC17钛合金厚壁零件,研究了退火温度和压下量对基于PF-LF的TC17钛合金厚壁零件组织和性能的影响。结果表明,压下量越大,基于PF-LF的原始态TC17合金试样中静态再结晶的平均晶粒尺寸越小,试样的拉伸屈服强度、抗拉强度和伸长率越大。随着退火温度的升高,退火态PF-LF TC17合金试样中的等轴晶平均晶粒尺寸保持不变,α相体积分数减少,针状α相尺寸变大、长径比减小,β相体积分数增加。退火态PF-LF TC17合金拉伸试样的屈服强度和抗拉强度降低,伸长率升高;增大压下量可以小幅度增加原始态和退火态PF-LF TC17合金试样的拉伸力学性能;在压下量为0.15和0.25 mm条件下,770℃/4 h/AC退火态PF-LF TC17合金厚壁零件的拉伸力学性能均明显超过TC17合金锻件退火拉伸力学标准。

基于分形理论的静压支承滑靴系统摩擦自适应特性分析

静压支承滑靴副比一般的滑动摩擦副具有更好的摩擦自适应特性,对滑靴的早期磨损有一定的修复效果,但其摩擦自适应机理目前尚不明确。为此,基于分形理论,采用分形维数、尺度系数等分形参数描述滑靴表面形貌,对摩擦自适应过程进行理论分析,开展磨损试验并以分时段更换试件的试验方法观察分形参数的变化情况,得到分形参数对摩擦学特性的影响规律,揭示滑靴摩擦自适应机理。结果表明,滑靴副在发生早期磨损后,分形维数呈增大-减小-再增大-再减小的变化过程,尺度系数和摩擦系数呈减小-增大-再减小-再增大的变化过程,滑靴在早期磨损阶段呈现出显著的摩擦自适应特性,其表面性能表现出劣化-修复-再劣化-再修复的变化特征。

“金属体积成形工艺及模具”课程实验教学改革与实践

本文探讨了材料成型及控制工程专业的“金属体积成形工艺及模具”课程在传统实验教学中存在的局限性,通过引入课程思政、实行小班化分组、数值模拟辅助以及改革考评等方式对教学内容进行了优化和调整。课程实验的改革与实践结果表明:学生对专业的认同感不断增强,全流程参与度进一步提升,实践动手能力得到有效锻炼。

板材拉深成形中磁力压边技术的研究进展

对磁力压边方法研究的发展进行了全面的综述。以磁力的来源对压边方法进行了分类,从理论介绍数值仿真、模具设计和实验研究等几个方面系统梳理和综述磁力压边的研究成果。通过对比分析各种压边方法的优缺点,认为磁力压边方法值得在工程领域进行推广应用。最后对存在的问题和进一步研究方向进行了探讨,对磁力压边的研究具有一定的指导和帮助。

基于分区压边技术的铝合金方盒形件拉深技术研究

提出了一种适用于盒型件等非轴对称结构的径向分区压边方法,可对法兰不同径向区域独立加载压边力。首先,采用理论方法建立了法兰区皱纹模型,并推导出相对于传统压边方法,新方法只需要更小的压边力即可以抑制起皱,初步验证了径向分区压边方法的理论可行性。然后,采用有限元方法对成形效果进行了数值模拟。结果表明,径向分块压边圈对控制材料的流动更有效,可有效地抑制起皱并且提高成形极限。最后进行了板材拉深成形实验。同样施加5.9 kN的压边力,径向分区压边方法作用下的盒型件具有更好的成形效果,验证了所提出的新压边方法用于板材成形是切实可行的。

塑性成形专业项目式实验教学方法的探索与实践

本文在塑性成形综合实验平台的建设中引入了项目式教学方法,探讨了项目式教学管理方式的特点,在开放式、综合式实验教学过程中开展了项目式教学管理模式。教学实践证明,这对于在培养学生实践创新能力方面取得了一定成效。

基于EEMD形态谱和KFCM聚类集成的滚动轴承故障诊断方法研究

针对滚动轴承的故障诊断问题,提出了一种基于集总经验模态分解(EEMD)、形态谱特征提取和核模糊C均值聚类(KFCMC)集成的故障诊断新方法。首先,对实测的滚动轴承振动信号进行EEMD分解,得到若干个代表不同振动模态的内禀模态函数(IMF);其次,基于峭度、能量和均方差三个评价指标,从分解得到的若干个IMF分量中选出含有故障特征信息最丰富的3个IMF分量作为诊断用的数据源;然后在选定尺度范围内提取每个IMF分量的形态谱平均值,将三个形态谱平均值构成一个三维特征向量,作为一个样本,形成样本集;最后,利用KFCMC完成对滚动轴承不同故障的分类识别。此外,为了对比说明该方法的识别效果,还将振动信号用经验模态分解(EMD)方法进行分解,用模糊C均值聚类(FCMC)进行分类识别,结果表明所提方法的识别效果要优于EMD形态谱和FCMC相结合的方法。通过对实测的滚动轴承振动信号的实验验证,表明该方法可以实现对滚动轴承故障的有效诊断。

高温合金凸环管件固体颗粒介质成形工艺

针对某航空发动机高温合金GH3044薄壁管凸环零件的成形难题,采用固体颗粒介质成形(SGMF)工艺,基于管材成形过程的塑性力学分析和有限元数值仿真,优化工艺方案,设计并制造模具,试制合格零件。采用有限元软件ABABQUS平台下的Drucker-Prager模型描述固体颗粒介质所特有的离散性摩擦材料特征,建立成形工艺有限元数值仿真模型、优化管端轴向进给力和介质成形力的匹配关系,得到轴向进给力对零件减薄率、壁厚差以及型面轮廓的影响规律。采用水平分模和弹性进给式模具结构,在单动压力机上实现了合模、轴向进给及介质加载等多动作压制功能。

AZ31B镁合金方盒形件的差温拉深成形

以AZ31B镁合金方盒形件差温拉深成形过程为研究对象,进行了单向拉伸试验,确定了本构方程中的有关参数;依据差温拉深成形的特点,对影响AZ31B镁合金方盒形件拉深成形效果的重要指标进行了数值模拟,确定了最佳的凸模和凹模温度组合为50℃和250℃,并通过试验进行了验证;对较优温度组合条件下所得的试件进行了相关区域的金相组织分析,结果表明,塑性变形后的AZ31B镁合金方盒形件的组织性能明显优于原始板料,差温导致的孪晶可有效提高成形深度。

管材内高压成形变形模式研究

基于薄壳理论分析管材胀形变形机理,确定与管坯几何尺寸相关的长、短管坯变形模式的界限划分表达式,并给出相应的成形内压力学模型。为薄壳理论在管材成形工艺研究中的应用,以及实际成形工艺中对成形内压的准确预测提供参考依据。研究表明,当管材胀形区长度小于管坯几何参量所确定的某临界值时,胀形区端部支撑条件对成形内压会产生影响,且随着胀形区长度的缩短影响逐渐剧烈;而当胀形区长度超过临界值时,成形内压不再受胀形区长度增加而发生变化。通过数值模拟与工艺试验对长、短管坯变形模式的准确性进行验证。数值模拟证实由于理论模型的刚端假设使内压计算值比实际偏大。设计与力学模型相匹配的典型零件、模具结构和工艺流程,得到成形过程中内压与变形形状的对应数据,与理论模型进行对比分析,讨论两种模型的区别及误差产生的原因。

基于固体颗粒介质的板材软模成形工艺(英文)

选用非金属颗粒(NMG)作为研究对象,通过体积压缩试验和NMG在高应力水平下的物理性能试验,得到NMG体积压缩曲线和扩展的Drucker-Prager线性模型参数;通过摩擦强度试验,得到NMG的Mohr-Coulomb模型参数,并与扩展的Drucker-Prager线性模型参数比对基本吻合;测定了NMG与板材在不同正压力下的摩擦因数曲线。以材料性能试验为基础,对基于固体颗粒介质的板材软模成形工艺进行数值分析;设计制造固体颗粒介质板材成形试验模具,成功制出抛物线形零件。结果表明:固体颗粒介质与板材表面作用所表现出的显著摩擦性能,可以极大限度地发挥板料的成形性能;其工艺控制简便,模具结构简单;成形工件具有表面质量好、贴模性好、精度高等优点,为板材的加工和制备提供了新的方法和手段。

基于DEM-FEM的AZ31B板材软模成形极限预测

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。

筒形件颗粒软凹模拉深成形试验研究

分析了颗粒软凹模成形的工艺特点,设计了筒形件颗粒软凹模拉深成形试验模具,对筒形件颗粒软凹模拉深成形进行了试验研究,成形出了质量良好的圆筒零件。颗粒软凹模拉深成形零件各部分的厚度均减小,而且随着拉深高度的增加,减薄量增大。与刚性模具拉深工艺相比,该工艺可有效提高板材的拉深成形极限。颗粒软凹模拉深成形和刚性模具拉深筒形件各部位表面微观形貌的对比分析表明:颗粒软凹模成形可抑制凸模圆角区域微裂纹的产生。