筒形件强力旋压过程的有限元数值模拟

摘要

现代旋压技术是广泛应用于航空、航天、军工等金属精密加工技术领域的一种先进塑性成形工艺,强力旋压作为旋压技术的一个重要组成部分,它在制造精度高、长径比大的薄壁筒形零件加工中,显出了独特的优越性,已成为成形小批量、多品种回转型薄壁壳体零件的重要加工方法.长期以来对强力旋压过程的研究还是建立在试验的基础上,对强力旋压的过程控制还依赖于经验值,对于强力旋压过程中缺陷产生的原因也不能很好地解释.为了系统地研究强力旋压的成形规律,该文采用计算机数值模拟的方法对其进行了研究,主要研究成果和新见解如下:针对强力旋压的过程和电接触原理相似这一特点,提出了一种新的强力旋压加热方式和其实现原理,并建立了相关的理论分析模型.此加热方法相对于其它方法,具有加热迅速和集中等特点,能节约能源和减少环境的污染.通过对强力旋压过程的分析,有效地处理了旋轮加载和边界约束等条件,分别采用solid单元和shell单元对坯料和芯模、旋轮进行了模型的离散化,建立了符合实际的三维有限元模型.用弹塑性有限元法对强力旋压过程进行了模拟,获得了强力旋压稳定状态下应力应变的分布规律,解释了强力旋压的变形机理和隆起、扩径、缩径、母线偏转等缺陷产生的原因.对不同工艺参数下的强力旋压过程进行了模拟,获得了成形角、减薄率、进给比等工艺参数对等效应力和旋压力的影响规律,为旋压工艺参数的选择和优化提供了依据.对带加强筋的筒形件强力旋压过程进行了模拟,得到其应力应力的分布规律,通过和不带加强筋的筒形件强力旋压过程的比较,结果表明其应力应变分布规律相似,变形机理相同.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1引言

1.2旋压的定义和分类

1.3强力旋压的变形特点

1.4旋压技术的研究与发展

1.4.1旋压技术的发展概况

1.4.2旋压技术的理论研究

1.5旋压的加热方式

1.6有限元数值模拟技术的发展

1.7有限元数值模拟技术在旋压成形中的应用

1.8研究目的和意义

1.9主要研究内容及新见解

第2章电接触热源强力旋压成形技术

2.1引言

2.2电接触加热简介

2.2.1接触电阻的形成

2.2.2影响接触电阻的因素

2.2.3电接触加热能量计算模型

2.3电接触热源强力旋压成形原理

2.4本章小结

第3章强力旋压过程的有限元模拟基础

3.1引言

3.2虚功方程

3.3增量方程

3.4弹塑性本构方程

3.5有限元求解方程

3.6等参单元形状函数

3.7本章小结

第4章筒形件强力旋压过程的有限元数值模拟

4.1引言

4.2筒形件强力旋压时旋压力的理论计算

4.3有限元法求解的一般步骤

4.4筒形件的强力旋压三维有限元力学模型

4.4.1结构离散化

4.4.2边界条件与接触的处理

4.4.3载荷施加方式的确定

4.5旋压方式和工艺参数的选择

4.5.1旋压方式的选取

4.5.2工艺参数的选择

4.6应力应变计算结果与讨论

4.6.1应力应变分布规律

4.6.2应力应变沿径向、切向和轴向的分布规律(反旋)

4.7工艺参数对等效应力、旋压力的影响

4.7.1成形角对等效应力、旋压力的影响

4.7.2减薄率对等效应力、旋压力的影响

4.7.3进给率对等效应力、旋压力的影响

4.7.4坯料厚度对等效应力、旋压力的影响

4.7.5旋压温度对等效应力、旋压力的影响

4.8带加强筋的筒形件强力旋压模拟结果分析

4.9本章小节

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

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