高温合金复杂截面圆环多道次滚压不均匀变形行为研究

发布时间：2017-09-27 16:19

  本文关键词：高温合金复杂截面圆环多道次滚压不均匀变形行为研究

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【摘要】：高温合金复杂截面薄壁环形件是机械密封所用关键零件,多道次滚压成形是制造此类零件的最有效的方法之一。然而,由于薄壁环形件截面的复杂、直径大和截面尺寸很小的特点,使其在滚压成形中局部塑性变形不均匀,如果不均匀变形控制不当,就会导致环件产生开裂、不圆、起皱等缺陷,严重影响环件的成形质量和使用特性。因此,本文采用数值模拟与试验及理论分析相结合的方法,对复杂截面薄壁环形件的滚压成形过程进行探究,系统地研究成形参数对不均匀塑性变形程度的影响规律。研究内容和结果如下:基于环件材料(GH4169)的基本力学性能参数,建立了其材料本构模型。在解决环件多道次滚压成形过程有限元建模中有关算法选择、几何模型、网格划分、接触边界等相关问题上,基于ABAQUS有限元软件中Explicit模块,建立了既符合实际又兼顾计算效率与精度的环件多道次滚压成形过程的三维弹塑性有限元模型,并对所建模型的可靠性进行了验证。基于验证的有限元模型,系统地研究了多道次滚压成形过程中的等效应力应变的分布特征及变化规律。发现:从动辊进给加载成形阶段,环件的等效应力峰值增长迅速;在进入滚形阶段后,环件的等效应力峰值基本保持不变;宽度方向上的等效应力分布不均匀,其最大等效应力主要位于成形弯曲区域;在第一道次环件的等效塑性应变呈现出连续性的增加的趋势,第二、四道次等效塑性应变呈现阶梯的增加的趋势。基于上述模型,研究获得了工艺参数对环件不均匀塑性变形行为的影响。研究结果表明:从动辊与环件间摩擦系数的增大,滚压结束后不均匀变形程度呈现先减小后增大的趋势;而随着驱动辊与环件间摩擦系数增大,不均匀变形值呈现增大的趋势,且当摩擦系数低于0.2时,其对环件的不均匀变形的影响不显著;导向辊与环件间摩擦对环件不均匀变形的影响较小;进给速度越大,环件的不均匀变形程度增加。在从动辊进给速度已定的条件下,所选的不同驱动辊转速对环件的不均匀变形影响不显著。
【关键词】：高温合金 复杂截面环件 多道次滚压成形 不均匀变形
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG306;TG132.3
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 引言9-10
• 1.2 滚压成形的介绍10-11
• 1.2.1 多道次滚压成形的原理10
• 1.2.2 环件滚压成形过程10-11
• 1.3 研究现状11-14
• 1.4 本文选题的背景和意义14-15
• 1.5 本文研究的内容15-16
• 第2章 本文研究的理论基础16-29
• 2.1 引言16
• 2.2 滚压成形原理16-17
• 2.3 复杂截面圆环多道次滚压成形工艺分析17-18
• 2.4 大变形弹塑性基础理论18-22
• 2.4.1 屈服准则18-19
• 2.4.2 正交流动准则19
• 2.4.3 强化法则19-20
• 2.4.4 材料的加载、中性变载与卸载20
• 2.4.5 应力应变增量本构20-21
• 2.4.6 虚位移原理与最小势能原理21-22
• 2.5 弹塑性有限元求解22-26
• 2.5.1 虚功率原理22-23
• 2.5.2 弹塑性大变形增量的基本方程23-24
• 2.5.3 弹塑性有限元格式及解法24-26
• 2.6 有限元模拟软件ABAQUS26-28
• 2.6.1 ABAQUS软件平台介绍26-27
• 2.6.2 显式算法分析方式27
• 2.6.3 隐式与显式算法对比27-28
• 2.7 本章小结28-29
• 第3章 环件多道次滚压成形过程有限元模型建立29-40
• 3.1 引言29
• 3.2 复杂截面圆环滚压有限元模型建立及关键技术处理29-36
• 3.2.1 算法的选择29
• 3.2.2 几何模型的建立29-30
• 3.2.3 模型的装配30-31
• 3.2.4 材料属性的定义31-32
• 3.2.5 单元选择与网格划分32-33
• 3.2.6 接触边界条件的处理33
• 3.2.7 动态载荷（Load）边界的处理33-34
• 3.2.8 质量放大技术34-35
• 3.2.9 圆环多道次滚压成形三维有限元模型35-36
• 3.3 有限元模型的验证36-39
• 3.3.1 理论评估36-37
• 3.3.2 实验验证37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 薄壁复杂截面环件多道滚压成形过程分析40-53
• 4.1 引言40
• 4.2 研究思路与计算条件40-41
• 4.2.1 模拟计算条件40
• 4.2.2 塑性行为研究40-41
• 4.3 环件滚压成形过程应力应变变化分析41-52
• 4.3.1 环件应力变化分析41-46
• 4.3.2 环件应变变化分析46-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第5章 成形参数对环件滚压成形不均匀变形行为的影响53-61
• 5.1 引言53
• 5.2 研究思路53
• 5.3 从动辊与环件间摩擦系数对壁厚极值与不均匀度的影响53-56
• 5.4 驱动辊与环件间摩擦系数对壁厚极值与不均匀度的影响56-58
• 5.5 导向动辊与环件间摩擦对不均匀变形的影响58-59
• 5.6 从动辊进给速度对环件不均匀变形的影响59-60
• 5.7 驱动辊转速对环件不均匀变形程度的影响60
• 5.8 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文65-66
• 致谢66-67

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本文编号：930655