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《燕山大学》 2001年
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基于样条有限条法的辊弯成型过程可视化仿真研究

张乐乐  
【摘要】: 二十世纪初,对金属进行冷弯成型加工的工艺过程已经开始应用。今天,其产 品应用于建筑、汽车、航天、轻工、机械制造等各个领域,随着直缝焊管质量的不断 提高应用日趋广泛,厚壁管材向着替代无缝管的方向发展,相应产品的配套机组相继 问世并投入实际生产。 现代新型的辊弯制管系统弥补了传统焊管成型机组的一些缺点,具有适应多种 规格产品的生产,换辊时间短甚至不需要换辊,调整灵活方便,成型过程稳定,产品 附加值高、质量好,同时轧辊磨损小,轧机能耗低等优势。因此,对辊弯制管系统的 柔性化研究与开发一直是焊管成型工艺技术发展的一个主要方向,探索管材复杂的几 何、材料和接触边界等多重非线性的变形过程与规律,不仅是现代轧机设计的核心, 也是具有实际意义的课题。 本文首先综述了国内外有关辊弯制管技术开发和研究、成型理论、成型过程计 算机模拟和可视化技术的进展。进一步完善了基于修正拉格朗日法的弹塑性大变形样 条有限条方法,修正了相应的计算列式;建立了具有“流动”特性的全程模拟模型, 体现了冷弯成型从带材咬入、在轧辊作用下变形到出口成型的过程,首次实现了辊弯 成型全流程的数值模拟;与原有分段组合模型进行了对比并定性分析了误差,与相关 文献提供的实验结果进行了对比,得到了良好的吻合;针对影响辊弯制管成型的不同 参数,进行了系统研究与一般规律的探讨,其模拟结果对实际生产和现代化孔型设计 具有指导意义。 本文将面向对象的程序设计方法引入大型数值模拟计算,以类的形式封装了计 算部分,大大提高了程序的模块化程度,易于程序的增删和维护;在VC++环境下, 开发了良好的用户界面,引入了跨平台移植的OpenGL图形库,实现了计算过程的显 示与跟踪,以曲面、曲线形式显示和分析模拟结果;为了保证程序的稳定性和适用广 泛,实现了“无缝拼接”和动态对象、数组的申请等方法,对图形曲线进行了颜色、 反走样、融合与消隐等处理。 总之,本文通过理论分析和与文献结果对比,证明了流动模型与基于修正拉格 朗日法的弹塑性大变形样条有限条方法的有效性和可靠性,结合可视化技术,不仅方 便辊弯制管系统工具设计,而且降低了试制成本和设计风险,为现代化设计提供了科 学分析的理论依据。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TG334.9;TP391.9

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