楔横轧阶梯轴成形过程的有限元仿真与分析

摘要

楔横轧经过几十年的发展,其实践经验技术已达到很高水平.但由于楔横轧成形机理十分复杂,加之影响因素众多,理论上某些方面还有待于进一步的探讨和研究.而有限元模拟技术有助于解决这些问题,但由于有限元模拟技术在楔横轧成形模拟中的应用正处于起步阶段,其研究面较窄,人们对于阶梯轴的楔横轧成形仍采用传统的实践实验法进行研究.因此,进行楔横轧阶梯轴成形过程的有限元仿真与分析,对于楔横轧的理论发展和技术推广有着重大的意义.该文采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,首次成功模拟了铝合金AL1100阶梯轴的楔横轧轧制全过程.并根据研究的需要,该文设计、分析了四个模型.借助于ANSYS/LS-DYNA的通用后处理器,得到了轧制过程中的应变分布云图,对轧件横截面、纵截面上的切向应变、径向应变、轴向应变、及等效应变的分布特征作了详细探讨,并给出了合理的解释.借用ANSYS/LS-DYNA的时间历程后处理器,输出了等效应变、轧制力的时间历程数据,经绘图、对比分析,总结出了轧制过程中等效应变、轧制力的变化特征,详细探讨了成形角α、展宽角β、断面收缩率ψ三工艺参数对等效应变、轧制力的影响.对进一步揭示楔横轧制过程中的轧件变形特征、应变特征、轧制力特征,指导冷楔横轧的实际生产具有一定的参考价值.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题的背景

1.2楔横轧工艺简介及其发展状况和研究内容

1.2.1楔横轧工艺简介

1.2.2楔横轧发展状况

1.2.3楔横轧研究内容

1.3三维有限元模拟技术在金属成形中的应用

1.3.1有限元法的应用类型

1.3.2三维有限元模拟的关键技术

1.3.3三维有限元模拟技术展望

1.4课题的研究方法及内容、研究意义

1.4.1课题研究方法及内容

1.4.2课题研究意义

1.5本章小结

第2章有限变形弹塑性有限元理论基础

2.1概述

2.2有限变形的应变度量和应力度量

2.2.1有限变形的应变度量

2.2.2有限变形的应力度量

2.3静力平衡微分方程和应力边界条件

2.3.1柯西应力的平衡

2.3.2拉格朗日应力的平衡

2.3.3克希荷夫应力的平衡

2.4有限应变弹塑性有限元分析

2.4.1应力应变矩阵

2.4.2虚功率方程

2.4.3有限元方程

2.5本章小节

第3章成形过程的有限元仿真

3.1仿真所用软件ANSYS/LS-DYNA介绍

3.1.1选用ANSYS/LS-DYNA软件的原因

3.1.2仿真软件ANSYS/LS-DYNA简介

3.2仿真模型的构造

3.2.1几何模型的构造

3.2.2物理模型的构造

3.3仿真模型设计

3.4课题所用软、硬件条件介绍

3.5本章小节

第4章仿真结果分析

4.1轧件内部的应变分析

4.1.1轧件横截面上的应变分析

4.1.2轧件纵截面上的应变分析

4.2工艺参数对轧件应变的影响

4.2.1应变特征

4.2.2成形角α对应变的影响

4.2.3展宽角β对应变的影响

4.2.4断面收缩率ψ对应变的影响

4.3轧制力分析

4.3.1轧制力特征

4.3.2成形角α对轧制力的影响

4.3.3展宽角β对轧制力的影响

4.3.4断面收缩率ψ对轧制力的影响

4.4本章小结

第5章总结与展望

5.1全文工作总结

5.2进一步的工作展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢