钛合金半球件超塑成形的数值模拟与实验研究

介绍了利用超塑成形方法成形直径为Φ４１０ｍｍ的钛合金并球件,并用三维有限元程序对成形过程进行了数值模拟,对数值模拟结果和实际成形件进行了对比分析。     

TA2M钛板扩孔成形中的形状畸变现象研究

通过有限元数值模拟和工艺试验相结合的方法对板料厚度为0.96mm的TA2M钛板的扩孔成形过程及结果进行了研究.运用PAM-STAMP有限元数值模拟分析软件对成型过程及卸载回弹结果进行预测.发现TA2M在成型卸载回弹后存在明显的形状畸变现象:孔口非圆化,孔口边缘厚度非均匀减薄以及凸缘非圆化.模拟预测结果与工艺试验结果比较吻合.     

芯模填充对铜钛复合管绕弯截面畸变和壁厚减薄作用的模拟研究

为了提高铜钛复合管绕弯成形精度,基于所建有限元模型,研究了刚性芯模参数对复合管截面畸变和壁厚减薄的影响规律,并对比了刚性芯模填充和弹性芯模填充。研究结果表明:(1)随着刚性芯棒伸出量的增大,双金属复合弯管的基、覆管截面畸变率逐渐减小,壁厚减薄率逐渐增大,最佳芯棒伸出量为7mm。(2)较之无芯模填充,采用刚性芯模填充后,截面畸变显著降低,但是壁厚减薄率增大;控制截面畸变时,一定要考虑芯模对复合管壁厚减薄率的影响,并根据实际生产要求和管材尺寸结构灵活选择填充状态。(3)弹性芯模填充时,截面畸变率沿弯曲方向的分布较之刚性芯模均匀;刚性芯模较之弹性芯模可以更好地控制复合管的截面畸变,但最大差距只有1.03%。弹性芯模较之刚性芯模可以更好地控制复合管的壁厚减薄率,最大差距为3.27%。综合考虑截面畸变和壁厚减薄,弹性芯模对双金属复合管的填充效果更好。     

螺旋管内超临界航空煤油流动阻力特性

研究了系统压力、质量流速及螺旋管结构形式对超临界压力下航空煤油RP-3在螺旋管内的流动阻力特性.实验结果表明:螺旋管局部阻力系数变化曲线由螺旋管内流体临界雷诺数、拟临界温度分为明显的3个部分:工质温度低于拟临界温度且管内雷诺数小于螺旋管临界雷诺数时,局部损失系 数与雷诺数和螺旋直径与管径比D/d_in相关;流体温度低于拟临界温度且雷诺数大于临界雷诺数时,局部阻力系数只与D/d_in相关; 流体温度大于拟临界温度时,局部阻力系数除与雷诺数和D/d_in相关外,同时还与密度、黏性的大幅变化相关.另外,基于实验结果,提出了一种用压力、温度和螺旋直径与管径比进行修正的局部阻力系数关联式,拟合结果与实验结果相比,具有较好的一致性.      

进口流场畸变对回流燃烧室出口温度分布的影响

为研究回流燃烧室进口气流流场畸变对出口温度分布的影响,根据压气机出口速度分布对径向和周向畸变速度分布模拟器分别进行了设计,利用数值模拟方法验证了速度分布畸变符合设计要求,并且在三头部矩形回流模型燃烧室上进行出口温度分布试验验证.试验结果表明,进口气流径向畸变和周向畸变都会使出口温度分布不均匀,出口温度分布系数(OTDF)显著提高,且周向畸变时的影响更明显.从温度分布云图及平均径向温度分布系数(RTDF)曲线图可以看出,径向畸变和周向畸变均会使燃烧室出口截面上部产生锯齿状的温度波动并呈现周期性的变化趋势,更加不均匀.      

异型截面铝合金管件内高压成形

对空心异型截面弯曲轴线铝合金零件内高压成形进行了工艺实验与数值模拟.采用压弯与内高压成形的工艺步骤成形零件,测量了成形零件典型截面的尺寸与壁厚分布,通过数值模拟分析了变形过程中的等效应力与壁厚分布.经检测成形零件外形尺寸与壁厚均符合设计要求,但典型截面壁厚分布不均匀.     

新淬火铝合金板材成形回弹试验与数直模拟

研究了铝合金2024-T3板料在新淬火状态下的成形过程。首先测量了2024-T3板材在新淬火状态下的力学性能,与原始状态性能比较发现,屈服强度和抗拉强度降低,延伸率增大,韧性增加。基于数值模拟方法模拟了橡皮成形过程的回弹规律,对翼肋零件的翻边回弹进行了数值模拟,并通过试验进行了比较,发现采用数值模拟与试验结果吻合较好,模拟与试验间的偏差是由于板料发生加工硬化导致的。因而采用模拟可以得到的考虑回弹的模具形状,据此修正模具,使回弹后形状达到了设计的精度。模拟与试验的比较表明了该方法的可行性。     

螺旋管内超临界CO2流动方向对换热的影响

应用重正化群（RNG）k-ε湍流模型对超临界CO₂流体在内径为9 mm,有效受热长度为5.5 m,节距为32 mm,绕径为283 mm的竖直螺旋管中的加热过程开展了数值模拟。研究了质量流速、进口压力、热通量以及不同流向对超临界CO₂换热和压降的影响,并进一步分析变物性、浮升力和离心力在不同流动方向上对螺旋管中换热的耦合作用。结果表明：浮升力对超临界流体在螺旋管向上流动与向下流动的影响差别不大,而对水平流动的影响较大尤其是当流体在螺旋管的截面到入口截面的距离与管径之比为150～350之间（即临界温度附近）时,由于变物性、浮升力和离心力的耦合作用,导致水平流动方向上换热系数的震荡。     

GH625高温合金管缩径旋压成形数值模拟及试验研究

基于ABAQUS/Explicit平台建立了高温合金管缩径旋压三维弹塑性有限元模型,对GH625高温合金管缩径旋压成形过程进行了模拟分析,研究了轴向进给速度、旋轮圆角半径、旋轮安装角度对高温合金管缩径旋压成形质量的影响规律。研究结果表明,高温合金变径管在旋压过程中,随旋轮的轴向进给,不同的区域截面变化趋势不同。对工艺参数进行分析,发现轴向进给速度及旋轮圆角半径增大时,壁厚增大;旋轮安装角度对零件壁厚无明显影响;进给速度越大或圆角半径越大,截面椭圆度越大;距自由端较远时,旋轮安装角度越小,截面椭圆度越大;随着旋轮的进给,距自由端越近,椭圆度波动越严重。最后,根据数值模拟结果确定最终工艺参数为轴向进给速度0.25mm/r,圆角半径取值2~4mm,旋轮安装角度为90o,并进行了高温合金管缩径旋压试验,得到了较好的成形件。     

反推状态下大涵道比涡扇发动机气动稳定性预测与评估

为了预测与评估反推状态下,反推气流再吸入对大涵道比涡扇发动机气动稳定性的影响,采用反推气流扰流流场三维CFD数值模拟、发动机整机稳定性计算分析以及反推状态下发动机进气畸变台架试验相结合的方法,开展了反推气流对大涵道比涡扇发动机气动稳定性影响的研究。通过三维CFD数值模拟手段,捕获了反推状态下发动机进口流场的畸变程度。在此基础上,通过采用稳定性计算程序预测了发动机的气动稳定性,并进一步通过发动机台架试验,验证了预测结果。CFD计算结果表明,随着相对来流马赫数的减小,反推气流被发动机重新吸入的可能性不断增大,当相对来流马赫数减小到0.05时,外侧发动机进口的流场畸变情况变得最为严重。进气畸变情况下的整机稳定性计算分析以及发动机台架试验结果表明,在所考核的目标状态,若只存在因反推气流再吸入引起的进口流场畸变,是不会导致发动机失稳的。     

移动插板容腔对发动机压力畸变流场的影响

基于移动插板容腔对发动机进气压力畸变流场影响,获取了移动插板容腔对小进口直径发动机流场扰动特性。通过发现问题、分析问题、数值模拟、改进设计与试验验证等技术过程,证明了移动插板容腔降低了进气压力畸变流场强度,其影响范围为进口直径小于200mm的发动机,且为避免移动插板容腔对发动机进口气流流场的扰动,设计压力畸变装置时应采取相应措施减小插板容腔体积。      

大截面Z型材滚弯成形缺陷的数值模拟及试验研究

以控制大截面Z型材四轴滚弯成形中型材局部起皱、扭曲等质量缺陷为目的,利用ABAQUS有限元软件数值模拟大截面Z型材数控四轴滚弯过程,在分析滚弯成形缺陷产生原因的基础上,提出了侧滚轮非对称加载和二次滚弯方式控制成形缺陷的方法。结果表明:二次滚弯方式对起皱缺陷具有较好的改善作用;侧滚轮非对称式加载方式(左侧滚轮高于右侧滚轮),对起皱和扭曲等缺陷具有明显的抑制作用。滚弯试验结果证明,型材滚弯成形的扭曲量相比数值模拟结果误差在10%以内。     

型材拉弯回弹有限元分析

对两种不同截面的铝型材分别在6种不同拉弯成形工艺中的拉弯过程进行有限元数值模拟,探讨成形工艺、弯曲半径与型材截面形状对拉弯成形后型材回弹的影响。     

模拟板全尺寸吹风试验技术

为了对某航空发动机流场畸变模拟板进行设计验证和修型，需要对其进行吹风试验，测取其在一定板后马赫数下的压 力分布。为此，通过进气和引射相结合的方式，在某试验设备上开展了模拟板全尺寸吹风试验，并进行了模拟板全尺寸畸变吹风 试验技术研究。针对模拟板板后马赫数计算方法、板后AIP稳态总压测点布局、板后测点小角度偏斜、板后测点轴向位置以及物 理/换算流量对畸变度的影响进行了试验。结果表明：在非回流区内板后马赫数采用总静压法进行计算的结果更接近真实值；板 后AIP稳态总压测点布局、测点轴向位置对畸变度测量有影响；板后测点小角度偏斜对畸变度测量基本无影响；综合压力畸变指 数随着换算流量的增大逐渐增大；在换算流量相同时，综合压力畸变指数不随物理流量的变化而变化。     

一种进气道流场畸变模拟装置的研究

提出了一种用于进/发匹配的畸变模拟板与紊流发生环组合畸变模拟技术,根据该技术所设计的畸变模拟装置由可调节角度的模拟板以及可换装的紊流环组成,轴向长度仅等于通道截面一倍当量直径。通过实验研究得到了可调畸变模拟板与可换紊流发生环的几何设计参数及其组合状态下的气动性能变化规律,为该组合模拟技术的进一步运用打下了基础。      

渐变曲率Inconel718厚板热弯曲成形精度与表面质量控制

以具有渐变曲率Inconel718厚板弯曲件为背景,采用成形实验与数值模拟方法,分析了带压料热弯曲时,凸凹模间隙与摩擦系数对成形件尺寸精度及表面质量的影响规律。结果表明:当凸凹模间隙与摩擦条件不变时,从曲率半径小的一端至大的一端,试件弯曲段尺寸偏差逐渐增大。在实验范围内,凸凹模间隙对尺寸偏差的影响大于摩擦系数的影响。为提高成形精度提出了渐变凸凹模间隙并辅以渐变摩擦系数的方法。根据数值模拟结果可知,采用该方法可显著提高成形精度。通过热弯曲实验验证了该方法的有效性,Inconel718厚板弯曲件尺寸偏差在±0.5mm以内,表面质量良好。     

钛合金导管无扩口内径滚压连接成形技术研究

利用有限元和试验的方法对内径滚压成形中的关键问题进行了研究,最后参考有限元模拟结果,进行了连接成形试验,试验结果与模拟结果吻合较好,说明有限元模型具有一定的参考价值,并且连接件顺利通过耐压试验,证明连接件具有较强的连接强度和良好的密封性能.     

旋流雾化喷嘴雾化特性的数值模拟

为了掌握旋流雾化喷嘴的雾化特性,基于CFD软件建立了该喷嘴的几何模型进行数值模拟,在验证了网格无关性和数值模拟结果可靠性之后,通过VOF和Realizable k-ε模型对不同压差工作条件下和不同结构的喷嘴分别进行数值模拟。结果表明:旋流雾化喷嘴的雾化流量、雾化锥角和流量系数会随着进、出口压差的增大而增大;喷嘴的旋流强度会随着喷嘴进、出口压差的增大而减小;当喷嘴的出口直径和出口长度增大时,喷嘴的各项雾化参数与理论值更接近,相应的雾化效果变好。     

畸变进气对两级风扇稳定性影响的数值模拟

基于多级轴流压气机的逐级特性,建立了一种预估多级轴流压气机在均匀进气和周向畸变进气条件下的喘振边界的一维数值模拟方法。根据动态压缩系统模型,对一台两级风扇的喘振边界进行了数值预测,与基于李亚普诺夫理论的线化一维模型和试验结果的比较表明,该模型能较为准确地预估多级轴流压气机的喘振边界。对畸变进气条件下两级风扇稳定性进行的详细数值分析表明:进气总压畸变在流动过程中会生成总温畸变并伴随着总压畸变的衰减,进气总温畸变则会生成总压畸变并伴随着总温畸变的衰减;反向总温总压组合畸变进气时,畸变衰减快稳定裕度损失小,而正向总温总压组合畸变进气时,畸变衰减慢稳定裕度损失大。     

超高强韧稀土镁合金直筒段锻造成形工艺

基于航天型号对超高强韧稀土镁合金构件产品的迫切需求，本文以航天器中的直筒段产品为研究对象，采用近等温锻造挤压成形工艺技术，开展VW84M高强韧稀土镁合金材料的锻造工艺性能研究，分析了直筒段的工艺结构特点，制定了直筒段的锻造成形工艺，通过三维建模、数值模拟技术和成形工艺试验，研究了直筒段的成形过程，分析了坯料的金属流动、温度变化特点，并通过成形工艺试验试制出锻件产品。结果表明，VW84M稀土镁合金在440 ℃的锻造温度时，在合适的挤压速度下具备良好的塑性成形性能，该材料具备实际工程应用能力；数值模拟得到的挤压载荷为64.72 MN，实际挤压载荷为60 MN，相差7.8 %，数值模拟结果与工程试验有较高的结合度；工艺试验得到的直筒锻产品，切、轴向力学性能指标优于预期，抗拉强度不小于340 MPa、屈服强度不小于210 MPa、延伸率不小于6 %的指标值。直筒段产品金属流线分布较为均匀，切向力学性能优于轴向。