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圆壁管扩径加工过程仿真与裂纹产生机理研究

柴彩娟  
【摘要】: 近年来,机械扩径加工在实际生产中得到了广泛应用,但在成形过程中会造成各种缺陷,严重的会使生产无法进行。因此,针对加工过程进行数值分析,认识加工过程中缺陷的产生和发展机理尤为重要。 本文首先综述了裂纹研究的基本理论、分析方法及其发展概况,分析了有限元动态模拟的基本原理和使用方法,重点探讨了控制方程、空间有限元离散化及裂纹的模拟等几个关键技术。 通过二维断裂模型的仿真分析,进行了应力强度因子经典公式计算和有限元分析的对比研究。通过计算结果比较,验证了有限元法分析断裂问题的准确性。 根据扩径理论,应用三维非线性有限元分析技术,利用ANSYS软件的LS-DYNA模块动态模拟了圆壁管的胀形过程,得到了应力、位移量的分布,验证了运用有限元分析软件对圆壁管扩径过程仿真的可靠性,进而动态仿真了裂纹的产生、扩展过程。 最后,提取了裂纹仿真的结果,并借助于后处理器绘出相应的变化曲线来分析纵裂产生的机理,通过对比研究,得出了工艺参数(包括凸模锥角、单元失效长度)对裂纹产生的影响,为优化模具结构和减少胀形加工缺陷的产生提供了依据。


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