双金属管复合旋压的界面热阻效应及成形工艺研究

摘要

随着科学技术的迅速发展，石油勘测、深海开发、航空航天和国防军工等领域中管材的应用面临着服役环境愈加苛刻，工况载荷愈加复杂等问题，因而对于能同时满足不同服役环境要求、综合性能更好的双金属复合管材的需求日益迫切。旋压成形在双金属管的制备中具有独特的优势，但目前关于双金属管旋压工艺研究尚处于起步阶段，成形过程中内外层金属变形协调性差以及界面结合强度低等问题有待解决。
　　本文针对于双金属管旋压过程中的界面热阻效应和旋压工艺进行了研究，首先对实验材料进行了力学性能分析，结合旋压过程中内外管的受力情况及变形规律，确定了复合旋压中内外管材料选择原则。
　　确定了金属间界面热阻效应的表征和测量方法，设计并搭建基于Instron5500R电子万能试验机的界面热阻实验平台，对Al/Al和Al/Cu间的界面热阻效应和温度场分布进行了研究，得出了双金属传热过程的温度场变化、稳态界面热阻效应及温度场分布规律。针对于双金属管的复合旋压工艺，主要研究了温度和压力因素对稳态传热时金属间温度场分布规律及界面热阻的影响。
　　采用ABAQUS软件分别对Al/Al和Al/Cu旋压过程进行了有限元模拟，研究了Al/Al和Al/Cu旋压过程中内外层金属的变形规律及其对界面结合的影响。之后对不同温度、不同减薄率及不同壁厚分布下的模拟结果进行分析，得出了相应工艺参数对内外层金属变形协调性的影响机制，并进行了Al/Al内外管存在温度差的旋压过程模拟，分析了温度差对复合旋压时金属协调变形的影响。
　　进行了Al/Al和Al/Cu的双金属管复合旋压实验，观察了旋压实验中内外层金属的变形规律，分析了温度和减薄率的变化对复合管质量的影响，通过抗剪切强度实验分析了Al/Al和Al/Cu界面结合强度，观察了界面的微观形貌，得到了两组材料复合旋压的最佳工艺条件。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 双金属管及其成形工艺的研究进展

1.3 强力旋压技术及其在双金属管制备中的应用

1.4 固体界面接触热阻效应及其研究现状

1.5 课题的主要研究内容和意义

第2章 实验材料及研究方案

2.1 实验材料及其力学性能分析

2.2 界面热阻实验研究

2.3 双金属复合旋压实验

第3章 双金属复合界面热阻效应研究

3.1 引言

3.2 界面热阻效应研究方法和实验方案

3.3 不同条件下Al/Al界面热阻实验结果分析

3.4 不同条件下Al/Cu界面热阻实验结果分析

3.5 不同材料间界面热阻及温度场分布的对比

3.6 本章小结

第4章 双金属管复合旋压过程有限元模拟

4.1 引言

4.2 双金属管复合旋压有限元模型的建立

4.3 Al/Al双金属管复合旋压模拟结果

4.4 Al/Cu双金属管复合旋压模拟结果

4.5 本章小结

第5章 双金属管复合旋压实验研究

5.1 引言

5.2 实验条件

5.3 测试方法

5.4 实验方案的确定

5.5 Al/Al双金属管旋压成形结果分析

5.6 Al/Cu双金属管旋压成形结果分析

5.7 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢