双母线椭球壳液压胀形过程应力与变形分析

通过设计双母线椭球壳作为胀形前预制壳,解决了初始轴长比大于2的椭球壳在胀形过程赤道带起皱的问题。为分析双母线椭球壳胀形过程的应力与变形特点,进行初始轴长比为1.5和1.7的双母线椭球壳液压胀形试验研究和数值模拟。通过数值模拟,揭示双母线椭球壳无模胀形避免起皱的机理。在变形过程中,赤道带板料一致承受双向拉应力作用;赤道带焊缝处在变形初始阶段存在纬向压应力,产生的原因是焊缝处多面壳体二面角展开过程存在弯曲效应,在焊缝外表面带来附加压应力,该压应力不足以引起失稳起皱;随压力升高,壳体各处均受双向拉应力作用。通过试验研究,绘制典型点的应力轨迹图,揭示双母线椭球壳胀形过程中塑性变形发展及壁厚变化规律。极带最先发生塑性变形,随着压力的升高,塑性逐渐向赤道线方向发展,赤道线最后发生塑性变形;壳体侧瓣中心线比焊缝线更容易发生塑性变形。极带的变形量大于赤道带,所以壁厚的最大减薄位于极点,最大减薄率分别为10.4%和16.3%。最终获得合乎设计要求的椭球壳。     

锥台形壳体液压胀形过程的数值模拟

等边双圆锥台壳体具有形状简单、容易制作的优点,常用于小直径球形容器的无模成形。但在成形过程中,壳体赤道环焊缝处极易向内收缩,从而引发该处的失稳起皱,严重影响了球形容器的质量。针对这一问题,用刚塑性有限元对壳体在内压作用下的胀形过程进行了数值模拟,在此基础上,对锥台形壳体的初始形状进行了改进,以限制赤道环焊缝处向内的收缩。数值模拟结果表明,改进后的初始壳体既具有形状简单的优点,又能避免赤道处的起皱,且能获得圆度较好的球形容器,而这是等边双圆锥台壳体自由胀形所无法实现的。     

无模胀球的原理与研究进展

介绍了无模胀球技术的基本原理和主要工序, 以及无模胀球技术的最新研究进展和在工程中的应用情况。对椭球壳体液压胀形时的应力分布进行了理论分析和图形描述, 并进行了一系列的椭球壳整体无模液胀成形试验研究, 同时通过有限元数值模拟分析了壳体在胀形过程中塑性变形的发生部位及扩展过程。     

薄壁深抛物线形零件固体颗粒介质成形工艺

薄壁抛物线形壳体成形过程为拉深和胀形两种变形模式的复合,极易发生起皱和破裂。固体颗粒介质成形是采用固体颗粒代替刚性凸模或凹模(或弹性体、液体)对板料进行成形的工艺。板材在颗粒介质内压的作用下成形,可以有效防止抛物线形件拉深成形过程中侧壁的起皱;由于颗粒内压是非均匀分布的,故可以有效控制抛物线形件成形过程中的破裂,提高板材的成形极限。根据固体颗粒介质成形工艺的特点,提出了两次成形薄壁深壳体零件的工艺,建立了数值分析模型,通过数值模拟和试验对该成形过程和工艺参数进行了分析。结果表明,采用固体颗粒介质成形工艺过程简单、成形工件壁厚分布均匀、表面质量好、回弹小。     

环壳初始结构对其液压胀形过程的影响

本文针对用环壳液压胀形工艺制作弯头过程中存在的失稳起皱问题,从理论和实验上分析了环壳的初始形状对其成形的影响。研究结果表明,通过选择合适的胀前壳体结构,可以有效地改善胀形过程中壳体存在的失稳起皱问题。     

薄壁管液压胀形加载路径研究

采用塑性变形理论研究了薄壁管液压胀形过程中轴向载荷与内压力的变化情况。在两种不同变形方式下对薄壁管胀形过程进行分析，分别就两种变形方式提出了薄壁管胀形过程中轴压与内压的理论计算方法，获得了管材在不同应变比下变形时的载荷变化曲线，探讨了薄壁管胀形工艺中确定加载路径的变化范围。     

不同初始结构环壳液压成形理论分析与数值模拟

针对用环壳液压胀形工艺制作弯头过程中存在的失稳起皱问题,从理论上分析了环壳的初始形状对其成形的影响,并用动态有限元分析软件DYNAFORM对其成形进行了数值模拟,模拟结果与实验结果基本一致,同时对起皱原因进行了分析,研究结果表明,通过选择合适的胀前壳体结构,可以有效地改善胀形过程中壳体存在的失稳起皱问题。     

基于椭球曲面的超塑自由胀形力学解析

超塑自由胀形的真实轮廓为轴对称旋转曲面,球面假设条件下的力学解析不能真实反映实际胀形过程。基于超塑自由胀形轮廓型面为椭球曲面这一试验基础,从连续介质塑性力学的基本理论出发,结合几何方程、力学平衡方程及Hill各向异性材料的增量理论,对超塑自由胀形过程进行力学解析,提出超塑自由胀形对壁厚均匀性的自我调节作用。给出超塑自由胀形过程中不同位置的经向应力及环向应力,并进一步得出应力场、应变速率场及应变场分布。由广义速率敏感性指数的定义式,给出m值的解析式,并得到超塑自由胀形的最佳加载路径。超塑自由胀形椭球曲面假设得到试验验证,椭圆函数拟合度高达0.996以上。     

无缝管与有缝管液压成形性比较

通过对无缝管和有缝管在不同内压下自然液压胀形过程的有限元数值模拟,分析比较了管材胀形后的轮廓形状分布、壁厚分布和最大成形高度,探讨了焊缝材料性能对上述三个成形参数的影响,结果表明:无缝管胀形后轮廓形状对称,而有缝管胀形后轮廓形状不对称,并且这种不对称性随着内压增大而加剧;无缝管胀形后壁厚沿环向分布均匀,而有缝管胀形后,距焊缝对称中心0~15°之间的壁厚沿环向分布不均匀,距焊缝对称中心15°~180°之间的壁厚基本上呈均匀分布,且壁厚值和同种材料的无缝管在相同条件下胀形的壁厚值接近;焊缝材料强度比基体材料强度高,则极限成形高度大。     

3500m~3天然气球罐应力测试

35 0 0m3天然气球罐是上海 1998年重点实事工程。球罐设计压力P =1 5 3MPa ,球壳板材料为WEL -TEN6 10CF ,板厚 38mm。由于焊后不进行消除应力热处理 ,因此在气压试验前后对球壳板Y形焊缝、T形焊缝等部位进行了焊缝残余应力测试 ,在气压试验过程中对球壳板Y形焊缝、T形焊缝、赤道板支柱部位进行了应力应变测试。测试结果表明 ,经气压试验后焊缝残余应力有一定下降 ,应力应变测试表明球罐焊缝及热影响区没有出现明显的应力集中现象。球罐壳体的工作应力叠加残余应力的总和仍小于材料的屈服限 ,球罐在正常状态下运行是安全的     

Weld seam movement of tailor-welded tube during hydrobulging with dissimilar thickness

Finite element analysis (FEA) and experiment were conducted to reveal the reason of weld seam movement and its effects on strain state and thickness distribution during tailor-welded tube (TWT) hydrobulging with dissimilar thicknesses. It is indicated that weld seam movement happens during TWT hydrobulging, and the direction is from the thinner tube to the thicker tube, which induces nonuniform thickness distribution. The different strain states during the bulging process are the intrinsic feature of weld seam movement. Weld seam movement is aggravated by thickness difference between thinner and thicker tubes increase, but is insensitive to weld seam position. When the thickness ratio is bigger than 1.4, movement would concentratedly occur during the late period of the hydrobulging process. Such kind of deformation character can bring out local thickness thinning on a thinner tube, but on the contrary for a thicker tube, especially at the zone adjacent to weld seam. Consequently, sharp fluctuation of thickness distribution is brought out near the weld seam, which obviously cuts down fatigue life of the tube component.     

基于高温铸坯黏弹塑性的坯壳动态鼓肚研究

基于高温铸坯材料黏弹塑性本构方程,建立了坯壳动态鼓肚数学模型。根据坯壳不同的初始状态与变形历史确定了两种边界条件。利用模型计算坯壳鼓肚变形,并与实测数据进行对比,验证了理论解的正确性以及模型的有效性。根据鞍钢工业板坯连铸机的设备工艺参数,分别计算了刚出结晶器的坯壳和远离结晶器的坯壳的鼓肚变形曲线,以及坯壳在固液交界面处的应变与应变速率。分析了铸坯坯壳在铸机扇形段内的鼓肚变形与应变变化规律,并讨论了辊间距、     

Bifurcation analysis of wrinkling formation for anisotropic sheet

Surface distortions in the form of localized buckles and wrinkles are often observed in the sheet metal forming process. In many cases the presence of wrinkles in the final praduct is unacceptable for the purposes of assembly. Because of the trend in recent years towards thinner gauges and higher strength, wrinkling is increasingly becoming a more common and troublesome mode of failure in sheet metal forming. In this study, a numerical analysis for evaluating a wrinkling limit diagram (WLD) for an anisotropic sheet subjected to biaxial plane stress is presented. Here the scheme of plastic bifurcation theory for thin shells based on the Donnell-Mushtari-Viasov shell theory is used. The effects of the various material parameters (yield stress, strain hardening coefficient and normal anisotropy parameter) and geometric parameters on WLD are investigated numerically and compared with Kawai's and Havranek's experiment(1975).     

后倾式离心风机叶轮机器人焊接工艺优化

在后倾式离心风机叶轮机器人焊接时，为了既保证焊缝质量又最大程度减小焊后变形量，综合运用热弹塑性有限元法和固有应变法对其焊接工艺进行优化。利用基于热弹塑性有限元法的Visual-Environment软件，结合双椭球热源模型对焊缝熔池情况进行数值模拟和实验验证，得到了最优焊接参数。在已知焊缝固有应变的情况下，采用基于固有应变法的Weld Planner软件对后倾式离心风机叶轮在不同焊接顺序和焊接方向下产生的变形进行了预测，得到了最优焊接顺序和焊接方向。运用得到的最优焊接工艺对后倾式离心风机叶轮进行试生产，其焊后变形情况与数值模拟得出的结果较为一致，满足产品的质量要求。     

基于空洞演化理论的挤压焊合描述模型

在铝合金管材分流挤压成形中,金属在焊合室内经历一个固态焊合过程,并在型材的整个长度方向上留下焊合缝。焊合缝通常是材料结构最薄弱的部位,为此焊合质量控制是挤压承压铝合金管材亟待解决的问题。针对挤压焊合过程定量描述的难题,将焊合过程描述为焊合面细观空洞的闭合过程,基于细观塑性力学方法建立焊合过程空洞演化模型。研究根据焊合面应力状态推导焊合面材料本构方程,并据此推导焊合面空洞闭合过程中孔隙度表达式,得到宏观应力场作用下描述挤压焊合的空洞演化模型;利用Gleeble热模拟试验机进行焊合过程的物理模拟试验,验证焊合描述模型的合理性,并基于该模型分析焊合质量的主要影响因素。研究提供一种挤压焊合过程定量描述方法,有助于揭示分流挤压焊合缺陷的形成机制。     

加载路径对AA5083管件热态非金属颗粒介质成形性能的影响

将颗粒介质作为传力介质,应用于铝合金管件内高压热成形工艺。通过热单向拉伸试验建立AA5083板材的本构模型。通过管材热态颗粒介质胀形数值模拟,结合AA5083理论成形极限图的分析,研究了不同加载路径对管件壁厚分布、管端缩料量和主应变曲线的影响规律,并进行了相应的工艺试验验证。研究结果表明,合理匹配初始压头力和管端进给量参数,使预成形管坯在胀形区形成有益皱纹,可为胀形区管坯变形提供聚料作用,从而提高管件成形质量和胀形极限。     

压电驱动狭缝喷口自耦合射流流动特征研究

采用实验和数值模拟相结合的方法对自耦合射流的流动特性进行了研究。研究结果表明：在紧邻喷口的法向距离内，涡对周期性地生成、破碎和融合，在某个法向距离上形成较为稳定的连续性射流；自耦合射流在发展过程中呈现出在短轴方向急剧扩展，而在长轴方向先向内汇聚、再向外发展的特征；自耦合射流的速度分布与常规射流的速度分布相比，两者在喷口水平方向上均呈现比较规律的速度自模的特征，但在喷口长轴方向，接近喷口的位置速度分布呈现明显的对称马鞍状，随着离喷口法向距离的增加，这种马鞍状的分布逐渐消失。     

Design optimization of extruded preform for hydroforming processes based on ideal forming design theory

The conventional practice to predict preform shapes in hydroformimg processes based on finite-element analysis and/or experiment is an iterative procedure and requires many trials. In this paper, a computationally efficient direct design method, which effectively improves the design procedure, was introduced. The direct design method based on ideal forming theory, which was successfully applied for the design of flat blanks for stamping processes, was extended for the design of non-flat preform for tube hydroforming processes. A preform optimization methodology for non-flat blank solutions was proposed based on the penalty constraint method for the cross-sectional shape and length of a tube. The hybrid membrane/shell method was employed to capture thickness effect while maintaining membrane formulation in the ideal forming theory. Several classes of examples were analyzed to verify the current formulation.