圆壁管扩径加工过程仿真与裂纹产生机理研究

摘要

近年来，机械扩径加工在实际生产中得到了广泛应用，但在成形过程中会造成各种缺陷，严重的会使生产无法进行。因此，针对加工过程进行数值分析，认识加工过程中缺陷的产生和发展机理尤为重要。
　　 本文首先综述了裂纹研究的基本理论、分析方法及其发展概况，分析了有限元动态模拟的基本原理和使用方法，重点探讨了控制方程、空间有限元离散化及裂纹的模拟等几个关键技术。
　　 通过二维断裂模型的仿真分析，进行了应力强度因子经典公式计算和有限元分析的对比研究。通过计算结果比较，验证了有限元法分析断裂问题的准确性。
　　 根据扩径理论，应用三维非线性有限元分析技术，利用ANSYS软件的LS-DYNA模块动态模拟了圆壁管的胀形过程，得到了应力、位移量的分布，验证了运用有限元分析软件对圆壁管扩径过程仿真的可靠性，进而动态仿真了裂纹的产生、扩展过程。
　　 最后，提取了裂纹仿真的结果，并借助于后处理器绘出相应的变化曲线来分析纵裂产生的机理，通过对比研究，得出了工艺参数(包括凸模锥角、单元失效长度)对裂纹产生的影响，为优化模具结构和减少胀形加工缺陷的产生提供了依据。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1问题的提出及工程意义

1.2裂纹分析理论的发展与现状

1.3有限元法在分析裂纹产生过程中的应用

1.4本文的主要工作及章节安排

第二章圆壁管扩径裂纹的相关分析理论

2.1引言

2.2断裂损伤力学的基本理论

2.2.1裂纹及分类

2.2.2裂纹尖端应力及位移场

2.3求解应力强度因子的方法

2.3.1边界配点法

2.3.2边界元法

2.3.3有限元法

2.4裂纹的扩展规律

2.4.1起裂

2.4.2止裂

2.4.3裂纹扩展方向

2.4.4裂纹扩展速度

2.4.5裂纹扩展长度

2.5小结

第三章数值模拟分析基础

3.1引言

3.2塑性加工中的数值模拟方法

3.3 ANSYS/LS-DYNA程序简介

3.3.1 LS-DYNA数值模拟的基本原理

3.3.2 LS-DYNA程序的使用方法

3.4小结

第四章二维断裂模型的有限元分析

4.1引言

4.2结构断裂分析基本过程

4.2.1裂纹区域的模拟

4.2.2计算断裂参数

4.3有限元断裂分析与经典理论计算的对比研究

4.3.1有限元模型建立

4.3.2应力强度因子的理论计算

4.3.3有限元分析与理论计算的对比

4.4建模技术综述

4.5小结

第五章圆壁管扩径加工中裂纹的仿真

5.1引言

5.2圆壁管的动态扩径过程

5.2.1扩径理论

5.2.2扩径过程的有限元建模

5.3扩径加工中裂纹产生的仿真

5.3.1数值模拟过程

5.3.2 ANSYS分析步骤

5.4小结

第六章裂纹产生机理的分析

6.1引言

6.2单元失效长度对裂纹产生的影响

6.3凸模锥角对裂纹产生的影响

6.4小结

第七章总结与展望

7.1总结

7.2展望

致谢

参考文献