重型轧机联轴器圆角应力集中引流拓扑优化

圆角应力集中是重型装备频繁开裂的一个重要原因。基于应力引流思想,以轧机联轴器为对象,通过拓扑优化技术解决其圆角应力集中问题。建立了联轴器的三维有限元模型,并对其进行了应力分析,表明应力最大部位集中在槽口根部的3个圆角交汇处。对此,根据应力引流思想,将滑块安装槽圆角及内圆柱面定义为优化设计区域,其他部分为非设计区域,以柔度最小作为优化目标,以圆角应力点的最大应力作为约束条件,对叉头圆角进行拓扑优化,得到一个近似槽状的拓扑结构。根据拓扑优化的结果对圆角进行了重新设计以及对比分析。结果表明:优化后圆角交汇处最大应力减少了约100 MPa,降幅达20%,说明应力引流对于改善圆角应力集中效果明显。     

摩擦应力在等通道转角挤压过程中的变化特性

建立了等通道转角挤压有限元模型,分析了不同模具与试样结构条件下摩擦应力随试样行程的变化规律,研究了模具过渡圆角半径与试样过渡圆角半径对挤压过程中摩擦应力大小的影响,获得了不同挤压条件下摩擦应力在挤压过程中的变化特性。结果表明,摩擦应力在挤压初期与挤压中后期呈现出不同变化特性,挤压初期试样左侧最大摩擦应力波动较大,试样右侧最大摩擦应力波动较小。挤压中后期试样两侧最大摩擦应力均波动较小,最大摩擦应力大小趋于一稳定值。模具外角过渡圆角半径变化对挤压初期试样左侧最大摩擦应力有重要影响,而模具内角过渡圆角半径对挤压中后期试样右侧最大摩擦应力的稳定值有重要影响。试样最下端增加一过渡圆角可显著减小挤压初期的最大摩擦应力大小。     

5A06铝合金中厚板的拉深变形行为

由于弯曲效应,中厚板拉深时厚度方向存在明显应力梯度,使其与薄板拉深变形有所不同。通过有限元数值模拟,研究中厚板拉深变形过程中不同阶段板材厚度方向的径向应力分布规律,揭示凹模圆角大小对中厚板拉深变形径向应力的影响规律。对厚度4.5 mm的5A06铝合金板材进行不同凹模圆角条件下内径为450 mm筒形件拉深实验研究。结果表明:中厚板拉深过程中最大径向应力位于直壁区与凹模圆角过渡处;且随凹模圆角的增大,最大径向应力值逐渐减小;破裂缺陷发生在凹模圆角与直壁区过渡处,且随凹模圆角增大,破裂延缓发生,极限拉深行程显著提高,凹模相对圆角为12时的极限深度比相对圆角4.5时的提高了83%。     

铝合金圆管拉伸外翻成形过程模拟研究

拉伸外翻可以克服轴压失稳、翻管件尺寸精度不理想等问题.本文采用Deform-2D商业软件对铝合金圆管拉伸外翻成形过程进行数值模拟,观察了成形过程中材料流动情况和等效应力的分布,分析了管坯相对厚度和凸模圆角半径对翻管工艺力的影响.结果表明:翻卷过程中金属材料以较大的速率从内孔内壁流向凸模圆角处,并在凸模圆角入口处速度达到最大值;外筒外壁处材料处于等效拉应力状态,而内孔内壁处材料等效应力基本为零;对于几何尺寸规格一定的管坯,存在一个最佳拉伸外翻凸模圆角半径,当设计的凸模圆角半径等于该最佳值时,翻管工艺力最小.     

基于数值模拟的叶片模锻模具应力分析

采用有限元数值技术结合叶片实际模锻成形过程,分析了锻模应力、温度分布及模锻过程中出现的锻件缺陷、应力集中等问题。结果表明:叶片锻件主要缺陷为折叠,出现在叶根与叶冠过渡圆角处;最大等效应力及应力集中出现在叶根底部圆角处,应力分布随着距该位置距离的增加而减小;较大的过渡圆角半径有利于消除或减少折叠缺陷,同时缓解模具应力集中;叶根底部圆角半径由5 mm增大到12 mm,能阻止裂纹的产生,延长锻模寿命;有限元模拟结果和实际结果较为吻合。     

矩形盒深拉深成形有限元模拟

针对矩形盒成形过程中各种形式的起皱和拉裂问题，采用MSC．Marc有限元分析软件对矩形盒深拉延成形过程进行模拟。建立了包括板料、凸模、凹模及压边圈在内的整体分析模型，通过对成形过程中拉深件的等效应力进行比较，分析了不同的凸模圆角半径、凹模圆角半径及凸模角半径对矩形盒拉深成形的影响。此外，还对模拟结果做了进一步的分析，得出了凸凹模圆角半径之间的相应关系，以便合理的确定矩形盒深拉延成形时二者的取值范围。考察了模拟方法的可行性和可靠性。     

数值模拟内圆角半径对AZ31镁合金等径角挤压过程的影响

通过Gleeble-1500D热模拟机获得AZ31镁合金的应力-应变曲线,采用DEFORM-3D软件对其等径角挤压过程进行了模拟,并分析了不同内圆角半径对挤压过程的应力和应变影响。结果表明,随着内圆角半径的增大,试样表面变得光滑,在内圆角处所受平均应力减小,试样的平均等效应变随之增大,中间稳定变形区域减小。     

铸造过程中的应力场数值模拟

铸造过程中的应力数值模拟在生产中有重要的作用，同时也是一个难点。本文介绍了铸造过程中的应力场数值模拟的一些基本问题，并指出了今后应力场数值模拟研究的重点与发展方向。     

等通道转角挤压过程中工艺参数对摩擦应力的影响及模具优化

使用有限元模型模拟分析了不同等通道转角挤压工艺参数对挤压过程中摩擦应力的影响,研究了工艺参数变化对最大摩擦应力大小的影响规律。使用工业AZ31镁合金进行等通道转角挤压试验,并对模拟结果进行了验证。结果表明,无过渡圆角时,模具内角对转角处最大摩擦应力影响大于模具外角对该处摩擦应力的影响。增加过渡圆角后,随着圆角半径增大,摩擦应力集中显著减小,并使圆角两侧摩擦应力数值接近,最大摩擦应力随摩擦系数增加而线性增加。理论分析结果与试验结果相一致。     

AC7A铝合金框架铸件工艺方案的模拟优化

在试制AC7A铝合金框架铸件过程中,使用铸造模拟软件Adstefan,分析了铸件充型、凝固和应力产生的过程,认为内浇道流量严重不均导致的铸件温度场分布差异较大,引起大的铸造应力和应变,是裂纹产生的主要原因。优化后的铸造工艺方案,使铸件浇注、凝固过程更为合理,使铸造等效应力和应变分别降低了10%和20%,解决了铸造热裂的问题。     

U型钢弯曲成形时圆角部位的应力和应变

为了研究板料弯曲成形时圆角的应力和应变变化规律,首先对U型钢弯曲时圆角部位的应力分布进行了理论分析,分析可知:板料弯曲段圆角处的外层切向应力向中性层逐渐减小,在外表面处达到最大值为1.156σs0;内层的切向应力在内表面最小其绝对值为1.156σs0。采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了模型模拟分析了厚度分别为4和6 mm的板料成形过程,模拟可知:圆角处的应力大小与板料的相对弯曲半径有关;圆角部位的应力值大于屈服强度且小于抗拉强度,说明圆角部位发生弹塑性变形。通过建立板料冷弯成形测试装置对板料圆角部位的应变进行了分析,分析可知:板料成形时圆角处的应变大小与板料的相对弯曲半径有关,应变值随弯曲角度的增大不断增加,离圆角部位的距离的越远,变形减少的越快。     

铝合金矩形截面内高压成形塑性变形规律(英文)

采用实验和固体元数值模拟研究了铝合金矩形截面内高压成形过程塑性变形的发生与发展规律,给出了主应力三维图形可视化表征及在屈服柱面上的应力轨迹,分析了典型点应力及应变状态。结果表明:在矩形截面内高压成形过程中,圆角区外层首先发生屈服,圆角区内层两端部分各约1/4区域最后进入塑性变形。圆角区应变状态为沿着厚向缩短和环向伸长的趋势变化,过渡点最先发生塑性变形并且等效应变始终最大。在变形过程中随着内压的增大,过渡点的轴向应力始终为拉应力。     

整体框架式高速锤锤身圆角处应力计算

整体框架式高速锤工作时，锤身圆角处存在严重的应力集中。传统的计算方法与实际测试数据之间存在很大的误差。通过对锤身圆角处应力问题进行的探讨，得出了对整体框架式高速锤锤身设计具有一定指导意义的结论。     

汽车发动机曲轴断裂分析

汽车发动机曲轴在台架试验过程中突然从连杆轴颈圆角远离扇板一侧边缘发生旋转弯曲疲劳断裂。综合运用断口宏微观观察、表面粗糙度（R_a和R_z）测量、残余应力测试及截面金相观察技术，确定曲轴疲劳断裂主要由轴颈圆角滚压不良导致局部萌生微裂纹及工作过程中受到短时异常应力作用引起；轴颈圆角比技术要求的略小对曲轴疲劳断裂具有促进作用。单一的表面粗糙度R_a不能完好反映轴颈滚压质量，建议采用残余应力测试、表面粗糙度R_a和R_z相结合的方法评价轴颈滚压质量。     

曲轴圆角滚压工艺参数优化研究

在对曲轴圆角滚压加工过程分析的基础上,利用ANSYS有限元分析软件的LS-DYNA模块建立了其圆角滚压动态分析模型;并基于该模型分析了滚压过程中工艺参数对曲轴圆角处塑性变形及残余应力的影响规律。研究结果表明:在滚压力一定时,随着滚压圈数的增加,滚压圆角处塑性变形量和残余应力增大,但达到一定圈数后,塑性变形量和残余应力的变化幅度不再明显。滚压圈数一定时,随着滚压力的增大,塑性变形量与残余应力增加速率随滚压力的增加不断减小。研究结果为曲轴滚压加工过程中工艺参数的选取提供理论依据。     

轮辐过渡圆角对轮毂服役应力集中的影响

对具有不同过渡圆角半径的轮毂在相同状况下进行有限元服役应力比较分析。结果表明，在轮辐与轮圈的过渡连接部位的最大应力值和应力集中随过渡圆角半径的增大而减小，应力分布更趋于均匀，从而提高了轮毂的疲劳安全系数，为镁合金轮毂的结构再设计提供了理论基础。     

整体框架式高速锤锤身圆角处应力计算

整体框架式调整锤工作时，锤身圆角处存在严重的应力集中。传统的计算方法与实际测试数据之间存在很大的误差。通过对锤身圆角处应力问题进行的探讨，得出了对整体框架式高速锤锤身设计具有一定指导意义的结论。     

压铸件内部应力数值模拟及应用

温度变化，将不可避免地造成铸件内部应力变化。该文讨论了铸造应力产生的原因，探讨了三维热弹性问题的数学模型，以及塑性应变的影响。利用MAGMASOFT软件，采用控制体积单元法，模拟了复杂压铸件在凝固过程中的应力变化，成功地预测了铸件的裂纹缺陷。     

矿用磨机百吨级端盖铸造工艺设计

矿用磨机端盖在铸造过程中容易出现缩孔、疏松和圆角R区裂纹。通过合理设计冒口、补贴、冷铁、浇注系统等,避免了上述铸造缺陷。铸造出的大型端盖铸钢件质量优良,通过了超声波和磁粉探伤检测。     

圆角滚压对螺栓残余应力分布及疲劳寿命的影响

利用ABAQUS结合Fe-safe建立了TC4钛合金高锁螺栓的圆角滚压和拉拉疲劳有限元模型,并进行了试验验证。分析了滚压深度、滚轮圆角半径对螺栓残余应力分布和疲劳寿命的影响规律。滚压后,螺栓的疲劳寿命由3万次提高至20万次以上;随着滚压深度的增加,螺栓圆角的最大压应力和压应力深度也随之增加并趋向于稳定,疲劳寿命出现先增后减的趋势;随着滚轮圆角半径的增加,滚压后螺栓的压应力区域增大,表面最大压应力减小,并在滚轮圆角半径为螺栓圆角半径的90%时趋于稳定,最佳滚轮圆角半径为螺栓圆角半径的90%～95%,尺寸过大或过小均会导致疲劳寿命显著降低。结果表明,在滚压深度为0.02 mm、滚轮圆角半径为0.47 mm时,螺栓圆角的疲劳寿命达到最大值。