磁轭温挤压模具失效有限元分析及结构优化

摘要

温挤压模具在工作时承受长时间的高温、高压及局部应力集中等的作用，其内部应力分布不均，导致模具的使用寿命较低。随着弹塑性、传热学、优化设计等理论和数值分析技术的发展，存在于传统的挤压模具结构设计和强度校核以及应力分布状态等方面的不足，通过运用数值计算方法对模具有限元模型的分析计算，能够精确地了解模具内部应力、应变的分布状况，为模具强度计算和分析提供真实可靠的依据，从而改善模具内部应力应变分布状态，达到提高模具的承载能力和使用寿命的目的。 本文以磁轭温挤压模具为研究对象，建立了温挤压模具的有限元模型，进行了温挤压模具温度场分析、模具热应力分析、模具热力耦合应变分析和模具热力耦合应力分析，实现了模具结构的优化设计，得到以下研究结果： 1、基于传热学、弹塑性等理论，建立了热挤压模具的温度场数学模型和热应力场数学模型，根据实际物理工况确定了模具工作时的边界条件，利用有限元法计算了模具的温度场和热应力场，探讨模具失效的主要原因。 2、对磁轭温挤压模具进行了深入的强度分析，获得了挤压过程模具内部各点处的等效应变、等效应力等力能参数及其分布规律。 3、对温挤压模具的主要结构参数进行分析计算，发现整体凹模足强度不足，采用组合凹模形式提高模具强度，并运用ANSYS的参数化语言对组合凹模在热力耦合作用下进行优化设计，得出最佳组合凹模内外层直径及过盈量。 4、取得了优化的模具结构。 本文将实现模具在实际物理工况下的精确强度分析和模具的优化设计，有助于温挤压模具设计摆脱传统的“试错”模式，为提高模具设计质量和缩短设计周期奠定基础。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1温挤压技术的概念

1.2温挤压的特点及应用范围

1.3温挤压模具失效形式及主要影响因素

1.4温挤压技术的研究现状

1.5课题研究的意义

1.6课题来源及主要研究内容

第二章温挤压模具结构及力学分析

2.1温挤压模具结构

2.1.1挤压模具设计时应考虑的因素

2.1.2模具设计的技术条件及基本要求

2.1.3模具材料的选用

2.1.4凹模结构

2.2温挤压模具的力学分析

2.2.1温挤压凹模受力状态分析

2.2.2温挤压凹模的力学分析

2.3本章小结

第三章有限元基本理论及温挤压数学模型

3.1有限元法概念

3.2刚塑性有限元基本理论

3.2.1刚塑性有限元基本方程

3.3.2刚塑性有限元变分原理

3.3温挤压模具非稳态温度数学模型

3.4温挤压模具热应力场数学模型

3.5本章小结

第四章磁轭温挤压模具的有限元分析

4.1ANSYS软件简介

4.2磁轭凹模有限元模型的建立

4.2.1单元类型的选择

4.2.2单元材料的定义

4.2.3网格的划分

4.2.4边界条件及载荷施加

4.2.5求解设置

4.3模拟结果及理论分析

4.3.1磁轭温挤压模具温度场分析

4.3.2磁轭温挤压模具热应力分析

4.3.3磁轭温挤压模具热力耦合应变分析

4.3.4磁轭温挤压模具热力耦合应力分析

4.4模具结构参数的选择

4.5两层组合凹模分析

4.5.1组合凹模有限元模型

4.5.2模拟结果分析

4.6本章小结

第五章温挤压组合凹模结构优化

5.1优化设计基础

5.2ANSYS优化求解

5.3组合凹模的有限元优化

5.3.1参数化建模

5.3.2设计变量的确定

5.3.3状态变量的确定

5.3.4优化目标函数的建立

5.3.5优化过程

5.4优化结果分析

5.5本章小结

第六章结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文