三维变形过程中空洞闭合的模拟研究
【摘要】：
本文采用数值模拟和物理模拟相结合的方法对热镦粗变形过程锻坯内部空洞的闭合过程进行了研究。研究结果深化了对这一复杂问题的认识，对于采用合理工艺方法消除锻坯内部空洞缺陷有一定参考价值。
数值模拟采用三维大变形有限元模拟技术，对内部存在不同尺寸不同位置处的单空洞或多空洞的45~#钢圆柱体锻件的热镦粗过程进行50余例模拟研究，发现在自由镦粗的条件下空洞形状经历由圆球→椭球→裂隙的过程，最终空洞全部闭合；空洞位置接近端面，空洞闭合时所需压下率增大；空洞闭合过程中其周围有明显的应力集中和应变集中，一般呈类似玫瑰曲线形状分布，如果空洞为非对称分布，则类似玫瑰曲线靠近圆柱体中部一侧分布范围大；当圆柱体内存在多空洞时(以双空洞为例)，以尺寸大的空洞附近变形范围较大，同尺寸的双空洞在变形过程中圆柱体中部多数有应力、应变的封闭等值线区域分布。
物理模拟试件以聚碳酸酯粒料为原料，用人工方法控制其加热温度和升温速度，使之在试件内部形成空洞，得到内部带空洞的连续试件。通过对带空洞试件进行镦粗并进行光塑性分析，直观地再现了空洞的闭合形态，并观察到横截面切片的空洞周围的条纹分布区域约为r_0的(1—3)倍且分布不均；在子午面切片的空洞周围的密集条纹形成类似玫瑰曲线形状。这些变形形态与数值模拟一致。以聚碳酸酯为材料的三维数值模拟结果也得到了物理模拟的验证。两种模拟研究相结合方法有力地推进对这一问题地深入研究。
【关键词】：三维 空洞闭合 数值模拟 物理模拟 比对 【学位授予单位】：机械科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TG311
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2003.102348
【目录】：
- 第一章 引言17-34
- 1.1 概述17-18
- 1.2 国内外关于空洞闭合的研究的发展概况18-20
- 1.3 数值模拟及所用软件介绍20-27
- 1.3.1 数值模拟简介20-21
- 1.3.2 刚塑性有限元法的理论基础21-26
- 1.3.3 所用有限元软件简介26-27
- 1.4 光塑性法简介27-32
- 1.4.1 光塑性法及其发展概述27-28
- 1.4.2 光塑性法与其它实验研究方法的比较28-29
- 1.4.3 光塑性相似条件及模拟材料29-32
- 1.5 本课题研究内容及研究方法32-34
- 1.5.1 研究内容32
- 1.5.2 研究方法32-34
- 第二章 圆柱体内单空洞闭合的数值模拟及结果分析34-54
- 2.1 单空洞闭合的二维数值模拟的进展34-35
- 2.2 模拟模型的建立及压下率、闭合度的定义35-37
- 2.2.1 模拟模型的建立35-36
- 2.2.2 压下率和闭合度的定义36-37
- 2.3 圆柱体中部单空洞闭合的模拟分析37-44
- 2.3.1 单中空洞闭合全过程镦粗力的分析37-38
- 2.3.2 闭合过程中单空洞形状的变化38
- 2.3.3 镦粗过程中内有单中空洞的圆柱体的压下率与其内空洞的闭合度的关系曲线分析38-39
- 2.3.4 单中空洞闭合过程中圆柱体截面的应力的分析39-41
- 2.3.5 单中空洞闭合过程中圆柱体截面的应变的分析41-44
- 2.4 位于非中心位置处的单空洞闭合的模拟分析44-53
- 2.4.1 闭合过程中位于非中心位置处的单空洞形状的变化44
- 2.4.2 球心位于圆柱体的轴线上的单空洞闭合的特征分析44-51
- 2.4.3 球心位于圆柱体对称横截面上的单空洞闭合的特征分析51-53
- 小结53-54
- 第三章 圆柱体内多空洞(以两个为例)闭合时相互影响的数值模拟及结果分析54-69
- 3.1 模拟模型的建立54-55
- 3.2 两个尺寸不同的空洞的闭合的分析55-60
- 3.2.1 镦粗过程中两个尺寸不同的空洞的圆柱体的压下率与其内空洞的闭合度的关系曲线分析55-56
- 3.2.2 空洞闭合过程中圆柱体截面的应力的分析56-58
- 3.2.3 空洞闭合过程中圆柱体截面的应变的分析58-60
- 3.3 两个相同大小的空洞的闭合的分析60-67
- 3.3.1 镦粗过程中等大非对称分布的圆柱体的压下率与其内空洞的闭合度的关系曲线分析60-61
- 3.3.2 两空洞位于圆柱体内的对称位置61-64
- 3.3.3 两空洞在圆柱体内非对称分布64-67
- 小结67-69
- 第四章 带空洞的人工试件的自由镦粗光塑性实验69-86
- 4.1 高聚物的性质及聚碳酸酯的成型加工特性69-74
- 4.1.1 高聚物的基本概念及结构特性69-70
- 4.1.2 高聚物的力学状态与性能70-71
- 4.1.3 聚碳酸酯的一般性能71-72
- 4.1.4 聚碳酸酯的成型加工特点72-74
- 4.2 带空洞的人工试件的生成过程74-79
- 4.2.1 收缩的基本概念74
- 4.2.2 缩孔和疏松的形成机理74-76
- 4.2.3 空洞生成方案的提出及确定76
- 4.2.4 空洞形成原因分析76
- 4.2.5 空洞的具体生成过程76-79
- 4.3 试件的制备及镦粗设备79-81
- 4.3.1 试件的制备79
- 4.3.2 镦粗实验79-81
- 4.3.3 镦粗实验曲线的分析81
- 4.4 光塑性实验81-85
- 4.4.1 切片的位置及制作81-83
- 4.4.2 等差线条纹级数N的测量83
- 4.4.3 无空洞圆柱体自由镦粗变形分布83-84
- 4.4.4 试件横截面、子午面切片的等差线条纹分析84-85
- 小结85-86
- 第五章 数值模拟与物理模拟结果比对86-94
- 5.1 数值模拟中本构关系的建立86-87
- 5.2 空洞闭合过程的比对87-89
- 5.3 典型件闭合条件的比对89-91
- 5.4 圆柱体截面的应变场分布的比对91-93
- 5.4.1 横截面的应变场分布的比对91-92
- 5.4.2 子午面的应变场分布的比对92-93
- 小结93-94
- 结论94-96
- 参考文献96-101
- 附录101-102
- 致谢102-103
- 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文103
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|
| 1 |
韦东滨,韩静涛,谢建新,胡海萍,陈军,贺毓辛;金属材料内部裂纹高温愈合实验研究[J];北京科技大学学报;2000年03期 |
| 2 |
刘桂华
,徐春国
,任广升;楔横轧三维变形过程的有限元数值模拟研究[J];锻压技术;2001年06期 |
| 3 |
云大真;关于光塑性研究中的若干基本问题[J];大连理工大学学报;1980年02期 |
| 4 |
袁朝龙
,钟约先,马庆贤;大型锻件内部孔隙性缺陷修复规律的研究[J];锻压技术;2002年03期 |
| 5 |
崔振山,任广升,徐秉业,徐春国,刘桂华;大锻件空洞的局部效应与锻合压下率研究[J];工程力学;2003年02期 |
| 6 |
任广升，黄朝晖，白志斌;镦粗过程中孔洞应变分布的光塑性研究[J];机械工程学报;1995年02期 |
| 7 |
刘助柏;平砧拔长矩形截面毛坯的新理论[J];机械工程学报;1994年05期 |
| 8 |
张承鉴,任广升,苏光辉,关丽媛,于鸣,白志斌;国产聚碳酸酯的光塑模拟性能研究[J];吉林大学学报(工学版);1988年03期 |
| 9 |
马庆贤,钟约先,曹起骧;高温塑性加工过程中缺陷修复规律[J];清华大学学报(自然科学版);1999年11期 |
| 10 |
马庆贤,钟约先,曹起骧;高温塑性加工过程中裂纹损伤与修复特性研究[J];塑性工程学报;2000年02期 |
|
|
|
|
|
| 1 |
蒋智,任广升,徐春国,刘桂华;圆柱体热锻件内部单空洞闭合的模拟分析[J];塑性工程学报;2005年01期 |
| 2 |
崔振山
,徐秉业
,任广升
,徐春国
,刘桂华;圆柱体内部空洞热锻闭合过程的数值模拟[J];塑性工程学报;2002年01期 |
| 3 |
崔振山,任广升,徐秉业,徐春国,刘桂华;圆柱体内部空洞的热锻闭合条件[J];清华大学学报(自然科学版);2003年02期 |
| 4 |
崔振山,任广升,徐秉业,徐春国,刘桂华;大锻件空洞的局部效应与锻合压下率研究[J];工程力学;2003年02期 |
| 5 |
崔振山,徐秉业,任广升,徐春国,刘桂华;大锻件内部空洞的锻合压下率[J];塑性工程学报;2002年03期 |
| 6 |
;中美双边暨第二届全国材料物理模拟会议召开[J];机械工程材料;1997年03期 |
| 7 |
苏厚军,杨家军,雷雄韬;基于物理模拟的冲压类机械的动态特性研究[J];湖北工业大学学报;2004年03期 |
| 8 |
陈伟昌，党紫九;热轧过程的物理模拟[J];特殊钢;1996年03期 |
| 9 |
汪锐
,李帆
,何丹农
,张质良
,郦均
,张苇;基于相似理论的汽车覆盖件拉深成形物理模拟与数值模拟[J];锻压技术;2002年01期 |
| 10 |
;新闻发布DSI推出GLEEBLE 3500系统──崭新的设计使得冶金过程物理模拟更快、更容易和更精确──[J];特殊钢;1996年04期 |
|
