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渐开线齿廓滚压成型半蜂窝波形条的理论研究

作　者: 王飞
导　师: 刘泓滨
学　校: 昆明理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 渐开线成型齿廓有限元模拟仿真多项式回归拟合滚压成型
分类号: TG61
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

论文阐述了蜂窝复合材料特点、应用、发展现状及蜂窝芯的分类及加工方法。着重分析和比较了直接成型法和拉伸成型法各自的优缺点,确定直接成型法优于拉伸成型法。对目前直接成型法制备金属半蜂窝波形条的国内外研究状况进行分析,提出渐开线成型齿廓取代传统的梯形齿廓该新方式。渐开线齿廓的加工在技术上已相当的成熟和完善,利用渐开线齿廓成型还可以改善和消除梯形齿廓成型的缺陷和不足,减少波形条的后期整形工序,提高成型法制备蜂窝复合材料的生产效率。论文针对直接成型法生产金属半蜂窝波形条理论研究薄弱和基于传统梯形成型齿廓成型的波形条出现众多缺陷和不足的现状,在研究金属板料弯曲成型变形区的应力应变分布及薄板滚压成型数值模拟有限元理论的基础上,利用ANSYS-LS/DYNA有限元法建立渐开线齿廓成型金属半蜂窝波形条过程的显式动力学动态仿真模型,对该成型过程进行仿真模拟。探索该齿廓成型的可行性。根据其成型结果,进行渐开线成型齿廓参数改进的数值分析研究,确定最佳成型齿廓参数,以获得理想的成型结果,使渐开线成型齿廓生产的半蜂窝波形条可以消除传统梯形成型齿廓成型的波形条的缺陷和不足。在仿真模拟的基础上进行渐开线齿廓滚压成型金属薄板过程的受力分析,建立渐开线齿廓成型金属薄板过程的驱动力模型,研究其成型驱动力。通过数学物理方法建立起成型驱动力与原动机输入功率之间的定量关系。在数值模拟研究的基础上得出金属材料的力学性能参数改变对成型驱动力大小的影响规律,为该成型方式成型不同的金属材料成型设备及成型辊结构强度设计、成型材质及原动机选择提供一定的理论参考。论文所采用的研究方法和得出的结论对采用直接成型法生产半蜂窝波形条具有一定的理论和现实意义。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-17
  1.1 本课题的研究背景  9-15
    1.1.1 蜂窝复合材料的应用  9-12
    1.1.2 金属蜂窝复合材料的特点及发展现状  12-13
    1.1.3 蜂窝复合材料的分类、加工方法及其对比  13-14
    1.1.4 成型法制备金属蜂窝芯板的国内外研究状况  14-15
  1.2 本课题研究的目的和意义  15-16
  1.3 本课题研究的主要内容  16-17
第二章板料弯曲成型变形区的应力应变分布研究  17-28
  2.1 线性弹塑性弯曲  17-19
    2.1.1 弹性弯曲  17-19
    2.1.2 弹塑性弯曲  19
    2.1.3 纯塑性弯曲  19
  2.2 三维塑性弯曲时的应力应变状态  19-21
    2.2.1 窄板弯曲  19-20
    2.2.2 宽板弯曲  20-21
  2.3 宽板弯曲时的应力分布  21-25
    2.3.1 主应力法的基本原理  21-22
    2.3.2 无硬化宽板大塑性变形的弯曲  22-23
    2.2.3 有硬化宽板大塑性变形的弯曲  23-24
    2.2.4 有硬化小变形的弯曲  24-25
  2.4 板料塑性弯曲时中性层的内移  25-26
    2.4.1 应力中性层  25-26
    2.4.2 应变中性层  26
  2.5 本章小结  26-28
第三章薄板滚压成型数值模拟有限元理论  28-38
  3.1 概述  28
  3.2 弹塑性问题的有限元法  28-34
  3.3 大变形问题的有限元法  34-37
    3.3.1 ALE方法的基本概念  34-36
    3.3.2 ALE方法描述的控制方程  36-37
  3.4 本章小结  37-38
第四章基于ANSYS/LS-DYNA渐开线齿廓滚压成型过程的有限元模拟  38-57
  4.1 概述  38
  4.2 ANSYS/LS-DYNA简介  38-40
  4.3 ANSYS/LS-DYNA的一般分析过程  40-41
  4.4 滚压成型过程的有限元模拟  41-56
    4.4.1 定义单元类型及相关的实参数  41-42
    4.4.2 定义分析所需的材料模型  42
    4.4.3 建立显式动力分析的模型  42-45
    4.4.4 创建PART,定义接触  45-47
    4.4.5 施加载荷、约束和初始条件  47-49
    4.4.6 求解相关参数和选项的设定  49-52
    4.4.7 求解过程与重启动  52-53
    4.4.8 结果与分析  53-56
  4.5 本章小结  56-57
第五章基于LS-DYNA渐开线齿廓参数改进的数值分析研究  57-66
  5.1 影响渐开线齿廓形状参数的确定  57-58
  5.2 基于LS-DYNA渐开线齿廓参数改进的数值分析  58-63
  5.3 仿真分析结果的实验验证  63-65
    5.3.1 实验的目的  63
    5.3.2 实验的装置  63
    5.3.3 实验采用的渐开线齿廓成型辊参数  63
    5.3.4 实验的步骤及结果  63-64
    5.3.5 成型精度分析  64-65
  5.4 本章小结  65-66
第六章成型过程的受力分析及其成型驱动力与输入功率定量关系的研究  66-75
  6.1 成型过程的受力分析  66-67
  6.2 受力分析总结  67
  6.3 渐开线齿廓的形成及其特性  67-68
    6.3.1 渐开线的形成  67
    6.3.2 渐开线的特性  67-68
  6.4 渐开线齿廓滚压成型半蜂窝波形过程驱动力模型的建立  68-69
  6.5 成型驱动力与输入功率定量关系的研究  69-74
    6.5.1 定轴转动刚体上作用力的功  69-70
    6.5.2 质点系的动能  70-72
    6.5.3 功率方程  72-73
    6.5.4 成型驱动力与输入功率定量关系的研究  73-74
  6.6 本章小结  74-75
第七章金属材料力学性能参数的改变对成型驱动力影响的数值模拟研究  75-83
  7.1 塑性行为的基本假设  75-76
  7.2 应力—应变曲线的理想化  76-77
  7.3 有限元仿真计算及试验数据的采集  77-79
  7.4 数据处理(利用非线性最小平方拟合器进行多项式回归拟合)  79-82
  7.5 本章小结  82-83
第八章论文总结与展望  83-86
  8.1 论文研究的主要工作  83
  8.2 论文的创新点及研究成果  83-84
  8.3 论文的不足及展望  84-86
致谢  86-87
参考文献  87-91
附录:本人在攻读硕士期间发表学术论文情况  91

渐开线齿廓滚压成型半蜂窝波形条的理论研究

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