零件近净成形新工艺——差温无模锻造热力耦合有限元模拟分析

以AIS1045钢圆柱体在环形加热源局部加热下的差温无模锻造为例，利用热力耦合有限元方法模拟其成形过程。模拟结果表明，差温无模锻造作为零件近净成形的一种新工艺是可行的。差温无模锻造成形的关键是要获得和控制金属坯料内部适宜的不均匀分布温度场，加热环和冷却环的适当组合可以获得成形所需的温度分布花样。在快速变形方式下，变形前的温度分布花样基本上决定了金属的流动模式，变形过程的持续加热对其影响甚微；在慢速变形方式下，变形过程的持续加热对金属的流动模式产生一定的影响。     

差温加热的三维温度场有限元分析

介绍了差温无模锻造的概念和基本原理以及要在金属坯料土产生大的差温所采取的方案。运用ANSYS软件对圆柱体坯料局部加热和局部冷却过程进行了热分析。热分析中考虑了坯料的初始温度、外加热源和冷却源的热流密度以及坯料和空气的对流传热。用正交试验的方法确定了获得最佳温度场的主要相关参数的取值，为以后进行差温无模锻造过程的应力、应变场分析奠定基础。     

钛合金锻造模拟成形技术发展现状

高温变形过程导致金属微观组织发生一系列演变,并决定了产品的力学性能。根据预定的工艺参数,模拟产品的热成形过程并预报其微观组织和力学性能,是钛合金锻造技术的未来发展趋势。     

LIPS-300离子推力器栅极热变形特点实验分析

为探究LIPS-300离子推力器在工作过程中栅极热变形的规律与特点，设计了大气环境下离子推力器双栅极热变形实验，以一环形加热器模拟实际工作时的等离子体热源。实验研究发现:球面栅极在加热过程中急剧变形，同时屏栅变形量大于加速栅，导致栅极间距减小；在冷却过程中，双栅迅速回复变形，栅极间距同步回复。其次,研究发现栅极中心位移在加热过程中的峰值回落现象，与在冷却过程中的负位移现象，同时发现冷却速率对负位移的大小有着不容忽视的影响。为研究上述现象的起因，对栅极组件的径向位移进行了采集，发现栅极安装环的变形是其根本原因。在结构与温度的综合影响下，栅极安装环的变形相较球面栅极更为缓慢，而其受热膨胀会拉伸球面栅极，导致球面栅极中心拱高减小，中心位移峰值回落。     

激波管在酚醛树脂高温热解动力学研究中的应用

使用激波管作为加热手段,利用其加热速率快的优点,突破了传统方法在加热速率上的限制,研究了酚醛树脂在1400~1700K温度范围内的热解动力学.主要碳氢产物是甲烷、乙烯、乙炔和苯.通过对反应扩散过程的分析,考察了扩散对热解过程的影响.结果表明,实验中酚醛树脂的反应扩散过程迅速达到稳态,扩散影响可以忽略,首次获得了酚醛树脂在芳环开环热解机制下的热解速率常数.     

高强度钢内螺纹冷挤压成形与强化试验研究

内螺纹冷挤压成形是提高内螺纹疲劳强度的有效方法.作者研制出挤压扭矩和温度的测量系统,并从理论上证明了挤压变形区金属在挤压过程中受到三向压应力的作用,这可以大大增加金属的塑性,改善内螺纹的成形条件.高强度钢内螺纹成形与强化的关键在于挤压丝锥结构的优化设计以及工件底孔尺寸、挤压速度和冷却润滑液的合理选择.疲劳对比试验结果表明:在两个不同应力水平下,用挤压丝锥挤压强化的300M高强度钢螺纹,其寿命是切削螺纹的4～30倍.     

金属板料单点无模渐进成形数值模拟及分析

有限元数值模拟对单点无模渐进成形技术的研究起着重要的理论指导作用.本文介绍了教值模拟的基本步骤,重点介绍了圆/方锥台形件模拟轨迹的改进,轨迹环采用正逆相问方式可避免成形件发生扭曲变形.此外,基于Matlab软件编程,可快速生成不同工艺参教的模拟轨迹.最后通过多次数值模拟得出,工具头半径越小,工件成形角度越大,板料发生的等效应变就越大.结论与实验结果完全吻合.     

高温燃气加热器热特性研究

介绍了高温燃气加热器的工作原理,推导了结构在高温燃气作用下的二维共轭传热方程,应用Fluent软件对头锥结构在高温燃气作用下的流动传热特性进行了数值模拟,得到了不同来流温度和速度条件下结构温度分布情况以及外流场流动及传热特性,为高温燃气对流加热试验技术提供依据。     

高速铣削速度对TC4钛合金表面完整性影响机理

通过TC4钛合金的高速铣削加工实验,研究了铣削速度对钛合金已加工表面完整性的影响规律.利用专业金属切削加工有限元软件AdvantEdge,对TC4钛合金高速铣削过程进行了二雏模拟仿真.获得了在不同铣削速度下的温度场分布以及铣削速度对刀具前后刀面切削温度的影响规律.基于仿真结果,分析了TC4钛合金高速铣削速度对表面完整性的影响机理.结果表明:切削区最高温度位于刀一屑接触面上,距离刀尖0.01～0.02 mm的位置.铣削速度对切削温度影响显著.切削温度整体上随铣削速度增加而升高,但当铣削速度为301 m/min时,切削温度有所下降.     

轴对称锻件成形过程的热力耦合有限元分析技术的研究

锻件成形过程中,非稳态、不均匀的温度场对金属的塑性流动有很大的影响，尤其是高温成形过程。本文对轴对称段件成形过程的热力耦合有限元分析技术进行了研究。论述了刚塑性有限元分析方法，建立了热力耦合分析模型，开发了轴对称锻件成形过程的热力耦合有限元分析软件。通过将圆柱体镦粗过程的模拟结果与有关文献中的实验结果和模拟结果的比较，说明了该方法和软件的正确性。     

模具材料对复合材料制件固化过程应变的影响分析

复合材料热压罐固化工艺过程中,制件的固化变形依旧是影响成形质量的重要原因。通过光纤光栅和热电偶相结合的方法对复合材料制件在热压罐成形工艺过程中的温度和应变进行在线监测,研究了树脂基体对制件应变的影响规律,并基于此分析了不同模具材料对制件固化过程应变和固化变形的影响。试验结果表明:树脂与模具是复合材料固化过程应变变化的主要影响因素,在升温/保温阶段,树脂的流动、热膨胀、固化反应等是应变变化的主要原因,而在降温阶段模具收缩对应变变化起主导作用;不同模具材料的刚度、与制件的结合能力以及热膨胀系数的变化会在复合材料固化过程的不同阶段对应变变化产生较大影响。本文获得了不同材质模具试验条件下复合材料制件固化过程中的应变曲线,分析了固化过程中模具对复合材料制件内部应变的影响规律,为深入分析大型复合材料构件固化变形提供了理论支撑。     

喷射成形电子封装Si-Al合金凝固过程模拟研究

为了优化喷射成形Si—Al合金成形工艺，获得优良的显微组织，本文模拟了喷射成形Si-30wt％ Al合金的凝固过程。研究了雾化压力和沉积距离对熔滴冷却过程中的温度和固相分数的影响。模拟计算结果得到实验验证。     

高超声速飞行器前体/冲压发动机一体化气动热实验研究

以超燃冲压发动机为动力的飞行器,由于飞行速度的增加,气动加热增强,而且在高马赫数范围内,冲压发动机燃烧室的滞止温度也是很高的.通过风洞实验,采用铂膜电阻温度计热流测量技术,开展了来流马赫数6.4和马赫数4.0两种状态下的热流分布规律研究,给出了前体、中支板及内通道的热流实验结果,研究了边界层流动状态、边界层抽吸、激波反射对热流分布的影响.实验结果表明,边界层流动状态对热流分布产生显著的影响,前体湍流热流值约为层流热流值的3.3倍;边界层抽吸会引起热流率增加;激波反射和激波加热对热流分布影响显著,马赫数越大激波加热越强.     

石英灯辐射加热试验热流分布优化研究

石英灯辐射加热是在地面上模拟飞行中施加在飞行器表面热载荷的一种加热方式.由于石英灯加热元件的分布不同导致试验件表面不同区域获得的热流密度与要求施加的热载荷有所差异,这样可能会导致"过试验"或"欠试验"现象出现,从而降低了试验数据的可用性,增加了结构设计的风险.本文基于蒙特卡罗方法,对单一石英灯加热器内部热流分布进行了数...     

竖直矩形通道内超临界正癸烷振荡特性的大涡模拟

基于超临界碳氢燃料的主动再生冷却被认为是超燃冲压发动机最具前景的热管理方法之一.本研究利用大涡模拟数值方法探究矩形通道内超临界碳氢燃料初始流动传热的瞬态变化规律的,证实了超临界振荡效应的存在,即温度和速度分布波动性较强.通过监测10-4 s时间尺度下的速度变化规律,发现振荡有着近似三角函数式的频率和振幅.冷却通道被加热...     

带孔件成形过程试验研究

本文采用坐标网目法对带孔件成形过程进行了试验研究。试验所获应变分布表明，带孔件在变形过程中存在拉深和翻边两种变形趋向性，在模具参数和工艺条件完全相同的情况下，其可能的变形趋势与孔的尺寸有关。本文的研究结果可为带孔件成形过程中的变形趋向性分析乃至变形过程控制提供理论依据。     

盒形件超塑成形过程中材料流动规律的数值模拟与实验

利用有限元软件MSC.Marc2010对钛合金盒形件超塑成形过程进行了有限元模拟,控制目标应变速率,得到优化的压力-时间曲线,并据此进行实验研究,沿实验曲线分别加载至6个不同的标定压力值(分别为0.5,1.0,1.5,2.0,2.3和2.5MPa)得到成形过程中的零件。测量6个实验零件的外形轮廓和厚度,并分别与相对应的模拟结果进行对比,验证实验与模拟的一致性,并分析整个成形过程中的材料流动规律,得出在自由胀形、底部贴模、充填圆角3阶段盒形件不同区域的应力、应变和变薄率分布,为复杂零件的超塑成形工艺的制定奠定了一定的理论基础。     

深冲钢W08Al热轧模拟试验研究

在热模拟试验机上对 Ｗ ０８ Ａｌ深冲钢进行了热轧模拟试验，测量了材料在不同情况下的相变温度，考察了不同热轧工艺参数对晶粒尺寸和织构的影响。结果表明，铸坯经预先热变形后重新加热测量相变时，相变温度较低，而直接热变形后测量相变温度升高；在 Ａｒ３温度以上采用大变形量可以使晶粒细化，但在两相区终轧变形会造成混晶现象； Ａｒ３温度以上热变形所得的变形织构是弱的，进入两相区终轧变形则不利织构（１００）成分很快发展起来，并且织构的取向密度沿板厚方向明显不均匀。最后对 Ｗ ０８ Ａｌ热轧合理热轧工艺提出了建议。     

退火温度对Ti6Al4V薄板退火变形影响的有限元分析及实验验证

为了研究钛合金退火变形规律,对Ti6Al4V薄板初始残余应力作一定假设和简化,采用MSC.marc软件建立Ti6Al4V薄板退火热粘塑性模型,分析不同退火温度(550, 580, 600, 620, 650 ℃)对钛合金退火变形的影响及其原因,并结合退火实验验证模拟结果。结果表明,初始残余应力在蠕变作用下产生蠕变应变和弹性应变,使薄板退火后应变分布符合板材弯曲时典型应变分布规律,最终导致薄板退火变形。随着退火温度升高,蠕变作用加强,退火变形增大,而应力应变随时间变化趋势基本一致。实验结果验证了数值模拟的可靠性。     

TC11钛合金的热态变形行为研究

采用等温恒应变速率压缩试验法,研究了TC11合金在780℃-1080℃和应变速率为0.001s-1~70s-1范围内的高温压缩变形行为。考察了变形温度、应变速率及变形程度对流动应力的影响关系。结果表明,流动应力对变形温度和应变速率敏感,随变形温度升高和应变速率降低流动应力减小,特别是在α β两相区变形温度对流动应力的影响显著。