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异种金属管材的复合塑性流动连接技术的理论研究

作　者: 包国建
导　师: 刘飞飞
学　校: 江西理工大学
专　业: 机械工程
关键词: 异种金属管复合塑性流动有限元连接技术
分类号: TG457.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 21次
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内容摘要

为节约资源,降低产品成本,需要实现诸如冰箱、空调的铜管与铝管等异种金属管的连接。前人进行过大量的研究,提出了许多种连接工艺方法与技术,但这些技术基本上属于焊接技术范畴,均存在焊接工艺过于复杂或焊接质量不尽人意等不足,特别是对于焊接性差异很大的异种金属。对此,为有效解决这些问题本文基于塑性流动原理提出了一种固相连接方法——复合塑性流动连接。本文首先进行了连接装置系统的构思,连接部分主要由旋压头、模具、旋转夹具组成,旋压头与模具共同作用产生了金属塑性流动区。应用流函数理论,对金属的流动特性进行了理论分析,把握了非塑性区与塑性区的关联性和金属塑性流动的规律。并对连接的塑性区金属进行了应力应变分析,掌握了金属的变形规律。在理论分析的基础上,运用有限元软件进行了仿真实验的研究。通过对模型的简化,在忽略温度影响的情况下,运用ANSYS对铜管和铝管的复合塑性流动连接变形过程进行了有限元分析。分析结果表明,在异种金属连接过程中会出现变形不协调;然后运用DEFORM建立了异种金属管连接过程的金属塑性流动模型,并且在模拟过程中设定不同的连接工艺参数进行分析。模拟结果表明,金属塑性流动性能跟连接过程中的温度、旋压头的旋转速度和连接速度有很大关系。温度不足以使金属软化时,金属塑性流动较差,金属得到较好的软化时,流动性能较好,证明了连接过程中适当的温度能有效缓解变形不协调。并发现上部金属的软化程度比下部金属要好、塑性流动更明显,进一步找出金属塑性流动的规律和影响条件。最后,本文在上述分析的基础上,继续运用DEFORM对连接工艺参数和装置中的关键部件对连接质量的影响进行了分析。模拟结果表明,合适的连接工艺参数能产生良好的连接质量;在条件相同的情况下,圆锥形旋压头比圆柱形旋压头的连接效果更好;在没有模具作用的条件下连接时会产生严重缺陷,连接根本无法完成,说明了模具在此复合塑性流动连接过程中的重要性。本文基本达到了研究目标,研究成果为基于复合塑性流动的异种金属管连接技术开发奠定了理论基础,并对相应的设备研制具有一定的指导意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-19
  1.1 课题提出背景  10-11
  1.2 异种金属管材连接技术综述  11-14
    1.2.1 焊接技术的发展历史  11-12
    1.2.2 异种金属的焊接概述  12-13
    1.2.3 国内外铜铝管焊接技术及其发展历程  13-14
  1.3 异种金属管连接技术发展趋势分析  14-15
  1.4 数值模拟技术概述  15-17
    1.4.1 数值模拟技术介绍  15
    1.4.2 有限元法  15-17
  1.5 研究目的和意义与研究内容  17-18
    1.5.1 研究目的和意义  17
    1.5.2 本文研究内容  17-18
  1.6 本章小结  18-19
第2章复合塑性流动连接技术原理  19-22
  2.1 引言  19
  2.2 复合塑性流动连接方法  19-21
    2.2.1 方法原理描述  19
    2.2.2 方法的技术实现及其装置  19-20
    2.2.3 复合塑性流动区的构成及其特征分析  20
    2.2.4 复合塑性流动连接主要影响参数  20-21
  2.3 本章小结  21-22
第3章复合塑性流动连接的塑性力学分析  22-38
  3.1 引言  22
  3.2 塑性变形基础理论  22-25
    3.2.1 塑性变形的物理学本质  22-24
    3.2.2 金属的热塑性变形  24-25
    3.2.3 金属流动的方向  25
  3.3 弹性与塑性力学理论  25-29
    3.3.1 弹性力学基本方程  26-27
    3.3.2 塑性力学基本法则  27-29
  3.4 复合塑性流动连接的变形过程分析  29-30
  3.5 复合塑性流动连接的金属流动特性分析  30-33
    3.5.1 流函数及其性质  30-31
    3.5.2 流函数的构造与速度场表示  31-33
  3.6 复合塑性流动连接过程的应力应变分析  33-37
    3.6.1 受力状态分析  33-35
    3.6.2 应力状态分析  35-36
    3.6.3 应变状态分析  36-37
  3.7 本章小结  37-38
第4章异种金属管复合塑性流动连接的有限元分析  38-65
  4.1 引言  38
  4.2 铜铝的材料性能  38-39
  4.3 异种金属管连接变形过程有限元分析  39-45
    4.3.1 弹塑性有限元法  39-41
    4.3.2 建模分析  41-42
    4.3.3 几何建模  42-43
    4.3.4 单元类型选择  43
    4.3.5 施加约束  43
    4.3.6 模拟结果分析  43-45
  4.4 异种金属管连接过程金属塑性流动有限元分析  45-64
    4.4.1 ALE 有限元法  46-47
    4.4.2 刚塑性有限元法  47-48
    4.4.3 DEFORM-3D 软件简介  48-49
    4.4.4 有限元模型的建立  49-55
    4.4.5 模型的求解  55
    4.4.6 模型模拟结果分析  55-64
  4.5 本章小结  64-65
第5章复合塑性流动连接装置及其对连接质量影响分析  65-76
  5.1 引言  65
  5.2 辅助热源  65-67
  5.3 工艺参数对连接质量的影响  67-70
    5.3.1 连接速度对连接质量的影响  67-68
    5.3.2 旋压头旋转速度对连接质量的影响  68-70
  5.4 旋压头对连接质量的影响  70-74
    5.4.1 旋压头外部形状对连接质量影响  70-72
    5.4.2 旋压头大小对连接质量的影响  72-74
  5.5 模具对连接质量的影响  74-75
  5.6 本章小结  75-76
第6章结论与展望  76-77
  6.1 结论  76
  6.2 展望  76-77
参考文献  77-80
致谢  80-81
个人简历  81
在学期间发表的学术论文与研究成果  81

异种金属管材的复合塑性流动连接技术的理论研究

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