船用管件弯曲成型的有限元建模与实验验证

基于弯曲成型理论并结合船用管件弯曲成型的实际工况,采用ABAQUS/CAE模块建立了20钢管件的数控弯曲成型有限元模型,对建模过程中的力学模型、几何模型、单元定义、网格划分及其敏感性分析和约束接触设置等步骤进行了详细的说明。通过提取弯曲段横截面的最小壁厚值,与变形前的截面壁厚相比,定义了弯管外侧壁厚的减薄率。同时,通过提取畸变后的管件截面的椭圆长短轴,推导出了截面畸变程度质量指标的计算方法。与实验结果比较,有限元模型的计算结果与实验测量数据之间的相对误差较小,从而验证了有限元模型计算的精确度和可靠性,为管件的弯曲成型加工提供了理论依据,可应用于加工后管件质量的评价。     

不同模具组合对0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管数控弯曲成形质量的影响

采用有限元法研究了不同模具组合下0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管数控弯曲应力应变分布、壁厚变化和截面畸变规律。研究结果表明：在弯曲模、夹块和压块组成的基本模块的基础上,添加防皱块会导致等效应力、切向拉应力和切向拉应变增加,而切向压应力、等效应变和切向压应变减小;添加芯棒会导致切向应力和等效应变减小,而等效应力和切向应变增大;同时添加防皱块和芯棒则会导致等效应力、切向应力和切向应变增大,而等效应变减小。添加防皱块会导致弯管截面畸变率增大,但对壁厚变化率影响不大;添加芯棒能够有效抑制弯管截面畸变,且壁厚减薄率仅为9.0%~9.15%,远小于15%的航空标准。综合考虑0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管数控弯曲成形质量和生产成本,可确定出最优的模具组合为弯曲模+压块+夹块+芯棒。     

SiO2颗粒增强酚醛树脂基摩擦材料力学性能研究

为探讨陶瓷颗粒对树脂基摩擦材料力学性能的影响,以SiO_2颗粒增强酚醛树脂基摩擦材料为例,利用三点弯曲实验研究颗粒特征对弯曲强度的影响,建立材料内部弹性应力场分布模型,并从细观力学角度进行分析。实验结果表明:添加二氧化硅陶瓷颗粒后,复合材料的弯曲强度降低、弹性模量升高;复合材料弯曲断裂截面显示脆性断裂特征,断裂过程中裂纹遇到颗粒贯穿通过;复合材料弯曲强度随颗粒含量增加而降低,随颗粒弹性模量增加先减小后增大。理论分析表明:陶瓷复合树脂基摩擦材料内部最大应力值位于颗粒边缘处;最大应力值随颗粒与基体弹性模量比值增大而增大;复合材料的平均应力与颗粒的含量成正相关。实验和理论研究表明,陶瓷颗粒添加引起材料内部应力集中,且与颗粒弹性模量和颗粒含量成正相关。     

内压直管对称循环弯曲棘轮效应实验研究

利用多轴疲劳实验机及自行设计的准三点弯曲实验装置，对20钢直管在不同内压与不同循环弯曲载荷下进行棘轮应变测试。棘轮应变由应变计检测，直管径向变形由自行设计的径向位移引伸计检测。实验发现，内压直管在一定循环弯曲载荷作用下，将首先沿环向产生棘轮应变，随着载荷的增加，轴向也将产生棘轮应变，但较环向小。随着棘轮应变的产生，直管圆截面变为椭圆截面。无论是不同试件，还是同一试件的多载荷步实验，均发现相同内压下，循环弯曲载荷增大，棘轮应变速率增大；相同循环弯曲载荷下，内压增大，棘轮应变速率增大。多载荷步加载时，以往棘轮应变会降低应有的棘轮应变速率，尤其在较大的载荷下先发生棘轮应变后，这种影响十分明显。利用直管准三点弯曲实验装置，确定内压直管循环弯曲的棘轮边界。     

工艺参数对薄壁数控弯管成形质量影响的实验研究

实验研究了工艺参数对薄壁管数控弯曲成形中起皱、拉裂、回弹和截面畸变等的影响规律。推导及验证了合理芯棒伸出量的计算公式,分析了芯棒伸出量影响管件起皱和拉裂的主要原因;同时研究了弯曲中心角对回弹角和截面畸变的影响,得到了弯曲中心角与回弹角呈线性关系的结论。研究工作对于数值模拟和实际生产具有借鉴意义和参考价值。     

21-6-9高强不锈钢管数控弯曲回弹的理论计算及有限元分析

为了研究几何参数和材料参数对回弹的影响,基于弹塑性理论推导了最终弯曲半径和回弹角度的近似计算公式,结合有限元模拟,分析几何参数和材料参数对21-6-9高强不锈钢管材数控弯曲回弹规律的影响,并对理论解析、有限元模拟和试验结果进行对比。结果表明：最终弯曲半径随着弯曲半径、强度系数的增大或弹性模量、硬化指数的减小而增大,且与弯曲角度无关;回弹角度随着弯曲角度、相对弯曲半径、强度系数的增大或弹性模量、硬化指数的减小而增大;有限元模拟结果和试验结果吻合良好,能够较精确地预测回弹;理论解析与试验结果对比误差较大,但能够反映回弹角的变化趋势。     

间隙对薄壁矩形管绕弯成形截面畸变影响的研究

基于ABAQUS/Explicit,建立了铝合金薄壁矩形管绕弯成形过程三维有限元模型,并对其可靠性进行了验证.模拟分析了芯棒与管坯间隙、压块与管坯间隙、防皱块与管坯间隙及弯曲模与管坯间隙对管坯截面畸变的影响规律.研究结果表明:减小芯棒与管坯间的间隙及弯曲模与管坯间的间隙都可减小管坯截面畸变的程度;而压块与管坯间隙及防皱块与管坯间隙的改变对管坯截面畸变率影响不大.     

加热弯管有限元分析

建立了加热弯管的数学模型,并系统的分析了加热弯管塑性加工的受力情况,推导出加热弯管弯曲时推力、弯矩、支撑力的5个计算公式,同时分析了加热弯管弯曲成形时管材截面的应力、应变及中性层的位置.通过对加热弯管弯曲成形变形的有限元分析,总结出加热弯管弯曲成形的变形特点,得出加热弯管弯曲成形不仅有助于改善变形区的应力分布,而且有助于防止变形时管材截面的畸变.指出了管材弯曲加工时所出现的缺陷是管材壁厚不均匀及其截面形状畸变引起的.     

工艺参数对管材激光弯曲成形影响规律的研究

管材激光弯曲成形是一种柔性金属塑性成形方法。将连续的激光光斑简化为一间歇跳跃的方形匀强面热源,并考虑材料性能参数与温度的相关性,建立了管材激光弯曲成形的热-机耦合有限元工艺仿真模型,对成形过程进行了数值模拟。有限元模拟结果表明:在其他条件不变的情况下,激光弯曲角度随激光功率的增大而增大,两者基本上成线性关系;弯曲角度随扫描速度的升高而减小,随光斑直径的减小而增大,但当光斑直径减小到一定程度后,弯曲角度开始减小;弯曲角度随扫描包角的增大而增大,当扫描包角为180°时,弯曲角度达到最大,弯曲角度随扫描包角的继续增大而减小;扫描次数与弯曲角度间成近似的线性关系,且第一次扫描管材产生的弯曲角度最大。     

管件弯曲工艺参数对截面质量影响有限元模拟

大口径船用管件多采用冷弯成形工艺,为掌握管件弯曲工艺参数对截面质量的影响规律,采用ABAQUS对管件弯曲过程进行模拟。模拟结果显示:随着芯棒与管件单侧间隙的增加,壁厚减薄率相应减小,单侧间隙合适范围为0.5mm~1mm;随着芯棒伸出量增加,弯管截面圆度值增大,芯棒伸出量合适范围为25mm~30mm。     

Plate assembly effect and cross-section distortion of rectangular tube in rotary draw bending

Rotary draw bending is nowadays the most universal approach to produce thin-walled bent tubes. Cross-section distortion is inevitably avoided, and the plate assembly effect is a key influencing factor. To study the relevance, a 3D finite element (FE) simulation model for the rotary draw bending process of rectangular tube is established, and the cross-section distortion characters are investigated combined with experiment and FE simulation. And then, the plate assembly effect is carried out by different test schemes based on FE model. Finally, the effects of geometrical dimensions on the maximum concave distance of outer flange are derived, and the analytical function is validated to be credible and efficient. It is of significance to design process parameters and to control defects in bending process.     

扭曲管管内传热及流动特性数值模拟

扭曲管是应用于制冷行业中新型管壳式换热器的高效换热管,强化了管内传热,壳程不设折流板以降低壳程流阻。本文通过数值模拟研究了扭曲管管内传热及流动特性。通过建立不同规格的扭曲管物理模型,得出扭曲管的扭曲程度S/de越小、截面压扁程度Ai/Bi越大,扭曲管的强化传热性能就越好,但是同时流阻也会增大;反之则相反。     

Velocity distribution of liquid phase at gas-liquid two-phase stratified flow based on particle image velocimetry

Horizontal gas-liquid flows are commonly encountered in the production section of the oil and gas industry. To further understand all parameters of the pipe cross-section, this paper use particle image velocimetry to study the circular pipe cross-section liquid velocity distribution rule. Firstly the focus is on the software and hardware combination of image correction system, to solve the influence of different refractive indexes of medium and pipeline curvature caused by image distortion. Secondly, the velocity distribution law of the corrected stratified flow (the range of liquid flow of 0.09-0.18 m³/h, and gas flow range of 0.3-0.7 m³/h) cross-section at different flow points of the pipeline cross-section at x=0 and in the Y direction at the maximum liquid velocity is studied. It is found that these distribution laws are caused by the influence of the interphase force of the gas-liquid interface and the resistance of the pipe wall. The current measurements also produce a valuable data set that can be used to further improve the stratified flow model for gas-liquid flow.     

纯滚动式绕弯工艺分析与实验研究

为研究一种纯滚动式绕弯成形工艺,采用实验方法研究工艺系统中各个几何参数和工艺参数对于烧结式微热管弯曲中横截面畸变的影响机制。实验结果表明:靠模距弯曲起始线的尺寸越小、模具孔尺寸越小、弯曲角度越小、弯曲角速度越小、相对弯曲半径越大,则弯曲时横截面畸变越小;反之横截面畸变则越大。实验中优化出各个几何参数和工艺参数的最优值。同时该弯管工艺系统能成倍的提高弯管效率。     

麻花钻加工20Cr的断屑仿真分析

利用有限元软件DEFORM-3D,对麻花钻钻削20Cr的断屑过程进行了仿真分析。根据塑性材料断裂强度理论,以切屑卷曲变形为断屑判据。通过模拟分析,得出了工件的等效应力、应变及其分布,以及工件上P点最大等效应变的变化规律,阐释了该点最大等效应变与切屑卷曲变形的正相关性。提出并验证了P点最大等效应变的峰值可作为麻花钻加工20Cr的断屑判据。     

TA1板单点渐进成形壁厚变化规律的数值模拟研究

钛及其合金应用越来越广泛,目前单点渐进成形技术已经开始运用于钛及其合金的成形加工,但仍存在成形件壁厚过度减薄的问题,严重影响了成形件的成形质量.文章以TA1钛合金板材成形方锥形件为研究对象,运用Abaqus有限元仿真软件,依据单一变量原则,分别探究工具头直径、底面边长、板材原始厚度和螺距等工艺参数对成形件平均壁厚减薄率...     

Research on cross-sectional deformation of double-ridged rectangular tube during H-typed rotary draw bending process

Based on the ABAQUS/Explicit, a three-dimensional elastic–plastic finite element model of the H96 brass double-ridged rectangular tube (DRRT) during H-typed rotary draw bending (RDB) was established and its reliability was validated by an experiment. With the model, distribution characteristic of cross-sectional deformation and effects of clearance and friction coefficient between tube and dies and core number on it were studied. The results show that the maximum cross-sectional height distortion ratio appears at the bending angle 60°. And the maximum cross-sectional width distortion ratio between side walls, as well as side walls of the ridge grooves, appears at the bending angle 80° and 60°, respectively. In addition, retracting mandrel has a great effect on the cross-sectional height distortion, but its influence on the cross-sectional width distortion can be ignored. And the maximum cross-sectional distortion ratio initially increases with increasing of clearance between tube and mandrel c _m and friction coefficient μ _b between tube and bending die, and then decreases with their increase, and initially decreases with the increase of core number N, and then increases with increasing of N. Moreover, the reasonable value of N is taken as 4.     

MEMS中变截面梁弯曲数学模型的建立

在MEMS结构中采用变截面梁来减小应力集中的影响。建立的变截面梁弯曲数学模型可为MEMS器件加工工艺提供理论依据。以增加空间利用率且保持最大转角和最大挠度不变为前提条件,分别构建了最大转角尺寸刚度Kφ和最大挠度尺寸刚度KW表达式;对比原设计参数的尺寸刚度,创建了梁长度和端面高度与尺寸刚度的关系式,从而为MEMS结构中梁的设计提供了理论支撑。     

基于正交试验不同截面汽车前纵梁特性分析

前纵梁是汽车发生正面碰撞时重要的能量吸收结构,对汽车碰撞安全和乘员保护具有重要作用。根据前纵梁结构特点,对其进行简化为薄壁梁结构,采用试验分析和模型仿真相结合的方法对矩形截面前纵梁的吸能特性进行对比分析;试验表明模型仿真结果的准确性。以仿真和试验分析结果的结论作为参考依据,选取影响前纵梁吸能特性的材料、厚度、截面形式、引导槽倾角等作为正交试验的4个因素,截面形式为6水平,其他因素为3水平,设计了L18正交试验表,将结构总质量、碰撞过程最大支反力作为约束,单位质量最大支反力作为目标进行不同截面前纵梁对比分析;分析结果可知:试验分析与建模仿真结果曲线的误差在10%以内,表明模型的准确与可靠性;前纵梁的截面形式为十字形、无设计倾角,材料则选择高强钢,厚度为1.6mm时,前纵梁的吸能性能最优,可以作为实际设计的参考。     

离心泵叶轮流固耦合分析

基于流固耦合原理对离心泵叶轮进行结构分析,采用多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench,基于单向流固耦合技术对离心泵叶轮结构进行了仿真计算,获得了离心泵叶轮在不同工况下的等效应力及变形情况,分析了叶轮最大等效应力和最大总变形随流量的变化情况。结果表明,各工况下叶轮应力分布不均且存在局部应力集中;叶轮变形的总位移随半径的增大不断变大,并在叶轮边缘达到最大值。叶轮最大等效应力随流量的增加不断减小,在0.4倍设计流量工况下最大为10.581MPa;叶轮最大总变形随流量的增加先减小后增大,在设计流量工况下最小为0.0028669mm。计算结果对离心泵叶轮的结构优化设计提供了数值依据。