正畸不锈钢弓丝弯曲成型与回弹的有限元数值模拟研究

摘要

弯曲是成型工序中最为普遍的成型方法之一，其应用相当广泛。在口腔正畸临床中，也需要对提供正畸力的不锈钢丝弯曲成型。传统的弯制过程在操作上缺乏定量指标，弯曲出来的钢丝与指定形状匹配度较低，不仅在弯制过程中耗费了大量的时间，而且由于反复的弯曲，容易引起正畸丝的疲劳断裂现象。 本文运用有限元中的优化方法，针对不锈钢正畸丝弯曲成型和回弹问题进行了研究，得出了恰当的弯曲形状，使正畸丝在弯曲回弹成型后恰好达剑临床应用的要求。通过理论解析方法验证了有限元计算结果的可靠性以后，设计出了一种正畸不锈钢丝弯制器。使用该弯制器可以方便、快速的将这种正畸不锈钢丝弯曲成型，实现了临床中正畸丝弯制过程中操作的标准化。从而可以减少正畸丝弯制操作的人为性，提高正畸丝弯制过程的效率，并最大程度上减少患者的痛苦，避免医疗事故的发生。在研究过程中得出了以下结论。 1.实际不锈钢丝弯曲加工中变形速度比较慢，弯曲的速度比较恒定，在模拟过程中可以采用静态分析。使用静态分析模拟的精度完全可以满足临床医学中的要求。 2.使用无模法进行仿真可以将复杂的接触等非线性转换为力或位移的加载问题，从而在保持精确度的同时大大节省计算的时间。 3.使用APDL参数化语言进行ANSYS仿真，可以通过改变其中的参数实现同一类别的模拟。本文所使用的APDL语言经过简单修改后即可计算其它型号正畸丝的弯曲回弹问题。 本文的研究展示了在口腔正畸生物力学研究领域中，采用有限元方法和数值模拟方法计算正畸不锈钢丝的弯曲成型问题，可以为临床正畸学提供较大的方便。而且，将本研究扩展开来，可以适用于不同类型的类U形工件的弯曲同弹问题，为其它复杂零件的弯曲成型加工时的回弹问题提供分析和解决的方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.1.1 课题来源

1.1.2课题研究意义

1.2塑性成型理论和有限元结构优化的国内外研究现状

1.2.1塑性成型理论

1.2.2有限元结构优化

1.3本课题的研究发展趋势

1.4课题研究的内容与方法

第二章弯曲回弹问题力学分析

2.1引言

2.1.1弯曲回弹的原因

2.1.2针对工件弯曲回弹问题的加工方法

2.2弯曲变形特点

2.3弯曲回弹的力学机理

2.3.1 弯曲过程的应力分析

2.3.2塑性弯曲的应力应变状态

2.3.3 弯曲时的回弹

2.4影响弯曲件回弹量的因素

2.5本章小结

第三章有限元模拟方法与关键技术

3.1引言

3.2有限元计算的原理与算法

3.2.1有限元本构关系及其应用

3.2.2弹塑性分析原理

3.2.3非线性有限元分析

3.2.4非线性计算的收敛准则

3.2.5回弹数值模拟方法

3.2.6有限元仿真算法

3.3正畸丝弯曲回弹成型问题的描述

3.3.1 新型正畸丝成型器工作原理

3.3.2按照正畸丝成型器工作原理简化计算模型

3.4正畸丝弯曲回弹仿真的关键技术

3.4.1几何模型的建立

3.4.2单元类型的选择

3.4.3网格划分技术

3.5正畸丝材料性能参数的计算

3.6本章小结

第四章正畸丝弯曲形状的优化与验证

4.1引言

4.2正畸丝的优化设计

4.2.1 正畸丝弯曲仿真的模拟方法

4.2.2优化设计中参数变量的选择

4.2.3正畸丝弯制回弹的数学模型

4.3优化设计方法和工具的选择

4.4优化结果和验证

4.4.1 ANSYS优化设计结果

4.4.2使用ABAQUS验证和修正仿真结果

4.4.3使用其它类型单元的有限元模拟分析

4.4.4理论解析方法验证有限元计算结果

4.5影响正畸丝弯曲回弹的因素及影响规律

4.5.1 正畸丝宽度的改变对弯曲成型的影响

4.5.2正畸丝厚度的改变对弯曲成型的影响

4.5.3 正畸丝材料属性的改变对弯曲成型的影响

4.6其它型号正畸丝的弯曲计算结果

4.7本章小结

第五章正畸丝成型器结构设计

5.1正畸丝成型器设计的要求

5.2正畸丝成型器整体与零件结构

5.2.1整体结构设计

5.2.2成型器零部件重要部件的设计

5.2.3成型器工作过程简述

5.2.4正畸丝成型器重要零件强度校核

5.3本章小结

第六章总结和展望

6.1论文的主要工作

6.2存在问题和展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文