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简论数值T型三通管轴压胀形数值模拟与加载轨迹优化

收藏本文 2024-02-08 点赞:6280 浏览:17105 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:管材胀形技术是一种减重、节材、节能、具有广泛运用前景的空心轻体结构件的新型制造技术。T型三通管是非轴对称件,其成形历程非常复杂,影响成形质量的因素众多。在T型三通管轴压胀形成形历程中,内压力和左右两端轴向进给的合理匹配是成形技术的关键。为了能保证成形质量和避开成形缺陷(起皱和破裂)的产生,就必须对T型三通管轴压胀形的加载轨迹进行优化。本论文基于ABAQUS软件,针对材料模型、网格划分和边界条件的设置等参数的选择分别进行了讨论,并建立了有限元模型,浅析了T型三通管成形件的壁厚分布规律与应力应变状态,探讨了成形工艺参数(内压力P与轴向进给量S)和上冲头的初始位置对支管成形高度和壁厚分布的影响。结果表明:在进给量不变的情况下,支管的有效高度和壁厚差随着内压力的增大而增大,但支管的高度增高不显著,支管顶端区域最小壁厚显著变薄;同样,当内压力不变时,随着轴向进给量的增大,支管的有效高度显著变高,壁厚分布显著得到改善;在内压力和轴向进给量确定情况下,上冲头的初始位置距管坯越远,成形件的壁厚分布就越不均匀,支管顶端的最小壁厚就越薄。利用数值模拟的策略以有限次的模拟结果中选择出的最优参数并不是真正作用的科学的最优参数,不是计算机完全自动寻找的最优值。本论文基于最优化论述和算法,通过编写批处理命令、脚本论文件和宏命令文件在有限元模拟程序和优化算法程序(软件)之间建立了有关数据传输接口(有限元模拟结果数据接口、设计变量传递接口、调用有限元程序接口等),完成了有限元软件和优化软件的无缝连接,进而实现了计算机自动完成整个优化历程的功能。在此基础上,利用优化软件iSIGHT建立了T型三通管轴压胀形的优化数学模型,在正交试验基础上建立了二阶响应面近似模型,完成了T型三通管轴压胀形的加载轨迹优化。优化结果表明:要得到支管高度较高和壁厚分布均匀的管坯,内压力的加载历程是先迅速加载,然后再缓慢加载或保持一定值不变,轴向的加载是先缓慢补料后再加速补料。经过优化后的三通管的成形件的支管高度更能满足要求,壁厚分布更加均匀。关键词:T型三通管论文轴压胀形论文数值模拟论文加载轨迹论文

    摘要2-4

    ABSTRACT4-9

    第1章 绪论9-14

    1.1 管材轴压胀形成形原理9

    1.2 管材轴压胀形的成形缺陷9-10

    1.3 国内外探讨进展10-12

    1.3.1 国外探讨进展10-11

    1.3.2 国内探讨概况11-12

    1.4 课题探讨作用及内容12-14

    1.4.1 课题探讨作用12-13

    1.4.2 探讨内容13-14

    第2章 T 型三通管成形工艺参数确定14-24

    2.1 室温下紫铜管的拉伸实验14-16

    2.1.1 实验材料和试样制备14-15

    2.1.2 实验策略15

    2.1.3 实验结果15-16

    2.2 T 型三通管轴压胀形的基本检测设16

    2.3 T 型三通管轴压胀形管坯长度计算16-17

    2.4 T 型三通管胀形程度的确定17-19

    2.5 胀形区壁厚的变化19

    2.6 T 型三通管主要成形工艺参数的确定19-23

    2.6.1 胀形压力19-21

    2.6.2 轴向压力和平衡力的确定21-22

    2.6.3 摩擦力和合模力的确定22

    2.6.4 轴向进给量与上冲头行进距离22-23

    2.7 本章小结23-24

    第3章 T 型三通管轴压胀形的数值模拟及验证24-42

    3.1 ABAQUS 模拟软件概述24-25

    3.2 T 型三通管轴压胀形有限元模型的建立25-29

    3.2.1 模具和管坯几何模型的建立25-26

    3.2.2 材料模型参数的建立26-27

    3.2.3 单元网格的划分27

    3.2.4 边界条件的定义27-29

    3.2.5 接触条件的设置29

    3.3 模拟结果浅析及验证29-40

    3.3.1 T 型三通管的壁厚分布和应变变化之间的联系29-30

    3.3.2 T 型三通管轴压胀形试验验证30-32

    3.3.3 加载轨迹案例的选取32-34

    3.3.4 内压力和轴向进给量对成形结果的影响34-39

    3.3.5 上冲头初始位置对成形结果的影响39-40

    3.4 本章小结40-42

    第4章 T 型三通管轴压胀形的优化系统集成42-49

    4.1 优化系统接口技术42-45

    4.1.1 模拟结果数据传递接口44

    4.1.2 设计变量传递接口44-45

    4.1.3 调用有限元程序接口45

    4.2 优化集成45-48

    4.2.1 前期准备文件45-46

    4.2.2 历程集成46

    4.2.3 参数设置46-47

    4.2.4 优化算法的选择47-48

    4.2.5 求解监控48

    4.3 本章小结48-49

    第5章 T 型三通管轴压胀形的加载轨迹优化49-67

    5.1优化设计概述49-53

    5.1.1 优化设计与数值浅析的联系49

    5.1.2 优化模型的建立49-50

    5.1.3 优化对策50-53

    5.2 T 型三通管轴压胀形的加载轨迹优化53-66

    5.2.1 优化思路53-54

    5.2.2 内压力优化54-60

    5.2.3 轴向进给量优化60-66

    5.3 本章小结66-67

    第6章 结论67-69

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