Thermo-mechanical-martensitic Transformation Numerical Simulation of High Strength Steel in Hot Forming

在已建立的高强度钢板热成形热、力、相变多场耦合本构模型和板料、水冷模具相互耦合的接触热传导模型基础上,基于自主开发的商业化金属成形CAE软件KMAS(King-Mesh analysis system)构建热成形热、力、相变耦合的非线性、大变形静力显式数值模拟模块.对典型U形高强度钢板的热成形过程进行数值模拟分析;计算板料与模具相互耦合的温度场变化规律,并将钢板组织相变释放的潜热考虑其中;将温度场计算结果引入热成形热、力、相变多场耦合的本构方程和静力显式有限元列式中,计算钢板等效应力和组织相变分布变化规律.通过钢板温度场以及马氏体转变量数值模拟结果与试验结果的一致性对比,验证建立的多场耦合本构模型和KMAS热成形仿真模块的正确性和有效性.     

高强度钢板热成形热、力、相变数值模拟分析

在已建立的高强度钢板热成形热、力、相变多场耦合本构模型和板料、水冷模具相互耦合的接触热传导模型基础上,基于自主开发的商业化金属成形CAE软件KMAS(King-Mesh analysis system)构建热成形热、力、相变耦合的非线性、大变形静力显式数值模拟模块。对典型U形高强度钢板的热成形过程进行数值模拟分析;计算板料与模具相互耦合的温度场变化规律,并将钢板组织相变释放的潜热考虑其中;将温度场计算结果引入热成形热、力、相变多场耦合的本构方程和静力显式有限元列式中,计算钢板等效应力和组织相变分布变化规律。通过钢板温度场以及马氏体转变量数值模拟结果与试验结果的一致性对比,验证建立的多场耦合本构模型和KMAS热成形仿真模块的正确性和有效性。     

光固化快速成形过程中树脂固化零件变形的数值模拟

根据光固化快速成形过程中的零件变形机理及薄板小挠度温度应力理论,详细分析板状零件成形的翘曲变形,得到光固化快速成形过程中树脂相变收缩的力学等效模型,给出板状零件在成形过程中的时变刚度表达式、光固化等效相变收缩力与树脂材料常数间的关系式。结合力学等效模型利用有限元软件ABAQUS对双层板状零件和桥式零件的成形过程进行了数值模拟,并与试验结果进行对比,结果表明数值模拟结果与试验结果相当一致,从而可实现成形零件实际变形的可预测性,也可为改进工艺、提高成形零件的精度提供理论支持和量化依据。     

不同硬化模型对铝合金板冲压成形模拟结果的影响

研究不同塑性变形硬化模型对汽车5182-O铝合金板材冲压成形模拟结果的影响。采用材料单向拉伸试验得到应力应变关系曲线,基于Hollomom、Krupskowsky与Power方程对曲线进行拟合,建立材料室温下塑性变形硬化模型,对厚度为1.5 mm和0.85 mm的5182板材进行冲压试验和有限元模拟分析,对比分析冲压试验与模拟结果。试验与模拟结果显示,当板料厚度为1.5 mm时,板料冲压试验的成形力最大为42.95 kN,板料拉深深度为30.58 mm,基于Power方程计算得到的最大成形力为41.5kN与试验结果比较接近,Hollomom方程计算得到的拉深深度为30.546 mm,板材成形厚度分布与试验结果比较接近;当板料厚度为0.85 mm时,板料冲压试验的成形力最大为34.47kN,板料拉深深度为33.792 mm,基于Power方程计算得到的最大成形力为34.27 kN与试验结果比较接近,Hollomom方程计算得到的拉深深度为33.636 mm,板材成形厚度分布与试验结果比较接近。基于三种硬化模型铝合金冲压成形过程的计算模拟分析结果,并通过与试验对比得到不同硬化模型对铝合金板材冲压成形计算模拟的影响,进一步为汽车铝合金覆盖件在成形工艺的研究分析提供理论指导。     

基于板料成形数值模拟的冲压模具结构分析方法

针对结构复杂的大型汽车冲压件成形模具,提出一种基于板料成形数值模拟的冲压模具结构分析方法.先通过板料成形数值模拟获得变形板料对模具的作用力,然后在模具结构分析时,将此作用力施加到模具上以代替板料对模具的作用,从而简化模具结构分析模型.论述基于板料成形数值模拟的冲压模具结构分析方法的实现过程以及联系两个过程的关键技术--边界力的映射算法.运用该方法分析双曲底面盒形件拉深成形时模具的受力,并利用自主设计的模具应力采集系统进行试验验证.结果表明,模具上选取的若干特征点的等效应力数值计算结果和实际测量结果吻合良好.     

一种JCO成形压下量计算的改进方法

针对大型直缝焊管JCO成形过程中难以准确得到压下量的难题,文中提出了一种根据计算折弯角的大小来计算压下量的方法。其关键为：在考虑预弯和最终成形具有一定开口的前提下,对每一道次的折弯角进行分配,通过理论分析给出每一道次折弯角的计算公式。建立JCO成形的有限元模型,通过分析应力应变状态,获得板料成形过程中的回弹情况和形状演化规律。研究了X65钢的JCO成形过程,当成形道次为17时,通过理论解析获得了每一道次折弯角为16.3°。运用有限元模拟,分析板料成形压下量和回弹后折弯角的关系,通过对模拟结果进行线性拟合得到了理论解析式,得到了每一道次折弯角对应的压下量,试验和理论压下量对比,平均相对误差为6.45%,证明了该方法的可行性和精确性。     

连续多点成形过程中起皱缺陷的有限元分析

连续多点成形中的皱曲是一重要的成形缺陷.阐述连续多点成形技术的原理,建立球形件的有限元模型,并采用数值模拟的方法研究连续多点成形中皱曲的情况.得到0.5 mm厚08Al钢板在成形过程中起皱缺陷的模拟结果.结果表明:皱曲主要产生在板材的两侧区域和两端区域.利用板材不同区域壳单元中面的主应变状态分析不同区域不起皱和起皱的原因.得到0.5 mm、1.0 mm、1.5 mm和2.0 mm厚08Al钢板在不同压下量下的端部起皱模拟结果.结果表明:板厚相同,压下量越大,起皱越严重;压下量相同,板厚越大,越不易起皱.分析端部皱曲的变化规律并做出合理解释,做了相关的试验验证,试验结果与模拟结果基本吻合.     

加载速度对板材压弯成形性能影响的研究

利用有限元分析软件ABAQUS建立了压弯成形过程的三维有限元模型,研究了不同加载速度对板材压弯成形性能的影响。模拟时,在许可范围内分别取了5个不同的加载速度(27、10.8、2.7、1.54、1.06)×102mm/s,分析了它们对成形板材内部应力场、应变场的分布以及板材关键尺寸的影响。结果表明:模拟时,加载速度对几何形状不规则板材应力集中区域的等效应力、应变分布影响较大。成形板材两直边区域夹角则在不同加载速度下产生了小幅度的波动。结合模拟结果以及YF32-400压弯设备,选择1.06×102mm/s作为实际加载速度,由现场实验证明这一选择的合理性。     

轴承套圈锻造工艺过程数值模拟研究

采用数值模拟技术对圆锥滚子轴承套圈闭式锻造成形过程进行了数值模拟,分析了成形载荷、速度场及等效应力等。并对闭塞式成形工艺过程进行了模拟与分析。对锻造工艺进行了改进,提出了轴承套圈旋压成形工艺。结果说明,闭塞式成形工艺成形的轴承套圈,等效应力应变分布较均匀,金属流线沿轮廓合理分布,但成形载荷高,对设备要求高,发现旋压成形工艺可以提高生产效率和产品质量,并对轴承套圈锻造生产具有广泛的适应性。     

轴承钢球毛坯热斜轧成形过程数值模拟

轴承钢球毛坯螺旋孔型斜轧工艺设计和变形行为较为复杂,传统的解析计算和物理试验方法不能有效揭示其轧制变形机理。探讨总结了钢球毛坯热斜轧成形主要建模技术与方法,基于SIMUFACT有限元软件平台首次建立了钢球毛坯热斜轧成形三维热力耦合有限元仿真模型。基于有限元模拟结果详细分析了轴承钢球毛坯热斜轧成形过程等效应变、应力、温度和轧制力能参数的分布与演变规律,证明钢球毛坯斜轧心部疏松或空洞缺陷的产生是由其在轧制过程承受的循环交变切应力、较高水平的横向拉应力和由多向拉应力引起的较大负静水压应力(正的平均应力)共同作用的结果。