微通道扁管面内绕弯成形过程的数值仿真及知识发现

摘要

微通道扁管被广泛应用于汽车热交换器、商用和工业空调、航空、航天等领域,绕弯成形是其成形的主要加工方法。微通道扁管面内绕弯,容易出现失稳起皱、截面畸变、外壁减薄、流道缩减阻塞等成形缺陷,是目前困扰其成形质量的主要问题,也是微通道扁管弯曲成形技术发展亟需解决的关键问题。本文主要采用有限元数值仿真和知识发现相结合的方法对微通道扁管面内绕弯成形过程进行了系统地研究。主要研究内容和成果如下:获得铝合金微通道扁管材料的基本力学性能,建立材料的本构方程。基于动态显式有限元平台ANSYS/LS-DYNA,建立了微通道扁管面内绕弯成形三维动态显式有限元模型。设计和加工微通道扁管绕弯成形加工装置,对所建模型的可靠性进行了验证。通过对微通道扁管面内绕弯成形的应力、应变进行分析,得到模具与压块的切点前侧5°左右的位置为危险位置,成形过程中应重点关注。基于所建立的有限元模型,通过正交试验设计方法安排模拟试验,并编写APDL建模程序实现快速建模过程。通过知识发现得到了弯曲半径、夹具长度、摩擦系数、压块助推速度、夹块与管坯间隙、弯曲模与管坯间隙等工艺参数对弯曲过程中外侧减薄拉裂、起皱、截面畸变、流道缩减阻塞和总体成形质量的影响规律,得到了取得较好成形质量的工艺参数:弯曲半径为[45,55),弯曲模与管坯间隙为[0,0.25),夹具长度为[35,50),摩擦系数为[0.03,0.08)。通过研究,本文掌握了材料、成形工艺、边界条件等参数对微通道扁管面内绕弯成形过程中各成形缺陷的影响规律。该研究不仅是对管材弯曲成形理论研究有益的补充,而且在制冷、航空、航天领域扁管弯曲加工也具有较好的实用价值。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 微通道扁管的应用及面内绕弯技术简介

1.2.1 微通道扁管的应用

1.2.2 面内绕弯技术简介

1.3 数值仿真在管弯曲领域中的应用与研究现状

1.3.1 数值仿真在塑性成形领域的应用

1.3.2 数值仿真在管弯曲领域中的研究现状

1.4 知识发现在工程设计领域的应用与研究现状

1.4.1 知识发现在工程设计领域的应用

1.4.2 知识发现技术在工程设计领域的研究现状

1.5 选题背景及意义

1.6 本文研究主要内容

1.7 本章小结

第二章 有限元仿真的理论基础

2.1 引言

2.2 有限元技术简介

2.3 有限元算法简介

2.3.1 静力隐式算法

2.3.2 动力显式算法

2.3.3 算法比较

2.3.4 动力显式算法中影响稳定极限的几个因素

2.4 本章小结

第三章 微通道扁管面内绕弯的有限元仿真

3.1 引言

3.2 微通道扁管的基本力学性能研究

3.3 有限元模拟

3.3.1 软件平台简介

3.3.2 几何模型的建立

3.3.3 材料模型的建立

3.3.4 单元的选取

3.3.5 网格的划分

3.3.6 边界条件处理

3.3.7 单元计算的单点高斯积分和砂漏控制

3.4 有限元模型的可靠性验证

3.4.1 模具的设计与加工

3.4.2 模拟结果与试验结果对照

3.5 模拟结果

3.6 本章小结

第四章 基于数值仿真的试验设计及知识发现理论基础

4.1 引言

4.2 试验设计相关理论

4.2.1 试验设计的发展

4.2.2 试验设计的基本原理

4.2.3 试验设计的内容

4.2.4 试验设计的作用

4.2.5 试验设计方法

4.3 知识发现的理论简介

4.3.2 数值仿真结果决策表的离散化

4.3.3 粗糙集理论

4.4 本章小结

第五章 基于有限元仿真的知识发现

5.1 引言

5.2 试验条件的确定

5.3 正交试验安排

5.4 APDL 建模程序的编写

5.5 管绕弯成形性能评价标准的确定

5.5.1 外侧减薄拉裂的衡量标准

5.5.2 起皱的评价标准

5.5.3 截面畸变的衡量标准

5.5.4 流道缩减阻塞的衡量标准

5.6 有限元模拟试验结果

5.7 基于仿真结果的知识发现

5.7.2 关于厚度减薄的规则

5.7.3 关于起皱的规则

5.7.4 关于截面畸变的规则

5.7.5 关于流道缩减的规则

5.7.6 关于总体成形质量的规则

5.8 本章小结

第六章 全文结论与展望

6.1 本文总结

6.2 未来展望

参考文献

攻读硕士学位期间的主要成果

致谢