学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

紫铜管旋冲缩口成形加工的数值模拟与仿真

作　者: 王会中
导　师: 杜平安；潘晓勇
学　校: 电子科技大学
专　业: 机械工程
关键词: 旋冲缩管热-力耦合缩管成形力屈曲失稳凹模半锥角数值模拟
分类号: TG386
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 31次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

紫铜管管端缩径(或扩径)加工工艺在空调、冰箱等制冷剂循环管路连接中普遍使用,由于旋冲缩管工艺能够突破直冲缩管在缩口系数上的限制,扩大一次缩管成形加工范围、提高成形质量和加工效率,因此对旋冲缩管工艺的成形机理、工艺参数等进行深入研究具有十分重要的意义。本论文利用金属塑性成形理论和有限元模拟分析技术,在现有缩口成形理论基础上对旋冲缩管工艺进行了一系列的研究工作。论文的主要工作和取得的成果有如下几个方面:(1)旋冲缩管成形过程是一个复杂的三维大变形非稳态塑性成形过程,材料变形过程中包括着变形与传热的耦合作用。因此,论文基于非线性有限变形弹塑性有限元理论,对旋冲缩管工艺涉及的应力应变理论及热-力耦合特点进行了论述;(2)基于旋冲缩口变形本质特征分析,在现有直冲缩管成形理论基础上,应用主应力法讨论了缩口成形力、临界缩口尺寸和最佳凹模半锥角等重要工艺参数的数学模型和优化选取,并推导建立了旋冲缩管摩擦扭矩及功率的计算模型;(3)基于DEFORM 3D的变形和传热两个模块,针对课题模拟任务:缩管至外径Φ19.05建立了有限元模型,通过复杂边界条件和模拟参数控制等一系列关键技术的分析和处理,实现了旋冲缩管成形过程的三维热-力耦合数值模拟和仿真;(4)通过理论分析、计算机模拟和试验对比分析,提出了当缩口模半锥角一定时在工程上判断直冲缩管极限缩口系数的依据,并就“Φ28×1.5缩管至外径Φ19.05时采用直冲缩管方式发生屈曲失稳而旋冲缩管能够顺利进行”的现象提出了理论分析及结论。本文的研究丰富了缩径成形工艺理论和模拟分析技术,对缩径成形工艺和管端成形设备的开发具有重要的指导作用。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-15
  1.1 选题背景及意义  10-11
  1.2 管端缩口成形加工工艺概述  11-12
    1.2.1 管端缩口成形加工方法概述  11-12
    l.2.2 旋冲缩管的特点  12
  1.3 国内外缩口成形有限元模拟研究进展  12-13
  1.4 热-力耦合分析研究进展  13
  1.5 课题研究内容及创新点  13-15
    1.5.1 本课题研究内容  14
    1.5.2 本课题创新点  14-15
第二章金属塑性成形有限元理论  15-33
  2.1 有限元法的发展及基本思想  15-16
    2.1.1 有限元法的发展  15
    2.1.2 有限元法的基本思想  15-16
  2.2 金属塑性成形力学及其发展  16-18
    2.2.1 屈雷斯加（Tresca）屈服准则  16-17
    2.2.2 米赛斯（Mises）屈服准则  17-18
  2.3 金属塑性成形有限元及其研究进展  18-19
  2.4 金属弹塑性有限变形理论及其有限元  19-26
    2.4.1 物体的构形及其描述  19-20
    2.4.2 有限变形的应变度量和应力度量  20-21
    2.4.3 弹塑性力学基本方程  21-24
    2.4.4 基于欧拉描述的弹塑性有限元列式  24-26
  2.5 传热过程有限元分析  26-31
    2.5.1 引言  26-27
    2.5.2 三维瞬态传热问题的基本方程  27
    2.5.3 初始条件和边界条件  27-29
    2.5.4 三维传热问题的有限元方程  29-31
    2.5.5 瞬态温度场求解的时间差分格式  31
  2.6 本章总结  31-33
第三章旋冲缩口变形机理及缩口成形力学分析  33-42
  3.1 旋冲缩口成形工艺的变形机理  33-34
    3.1.1 旋冲缩口变形本质特征——温热冲压缩管成形  33
    3.1.2 旋冲缩径成形过程分析  33-34
  3.2 基于理想刚塑性的旋冲缩管成形力能参数计算模型  34-41
    3.2.1 理想塑性缩管模型建立及缩径成形力  34-36
    3.2.2 考虑入模弯曲影响的缩径成形力  36-37
    3.2.3 考虑加工硬化（幂指数）和入模弯曲影响的缩径成形力  37
    3.2.4 基于轴压失稳的最小缩径力分析  37-38
    3.2.5 缩口模半锥角的优化选择  38-40
    3.2.6 理想塑性旋冲缩口摩擦扭矩及功率  40-41
  3.3 本章总结  41-42
第四章基于DEFORM 3D 旋冲缩管模拟技术  42-57
  4.1 引言  42
  4.2 有限元分析软件DEFORM 简介  42-43
  4.3 模拟任务  43-44
  4.4 旋冲缩管工件及模具的几何模型建立  44
  4.5 几何模型离散  44-47
    4.5.1 初始网格划分  45-47
    4.5.2 网格重新划分  47
  4.6 边界条件的处理  47-51
    4.6.1 定位和接触边界条件的处理  48-49
    4.6.2 运动边界条件处理  49
    4.6.3 摩擦边界条件的处理  49-50
    4.6.4 热边界条件的处理  50-51
  4.7 材料模型建立  51-53
    4.7.1 材料弹塑性力学模型建立  51-53
    4.7.2 紫铜管TP2 热特性参数  53
  4.8 模拟引擎控制参数的确定  53-55
    4.8.1 模拟引擎求解器选取  53
    4.8.2 模拟引擎迭代方法选取  53-54
    4.8.3 求解增量步长确定  54-55
  4.9 旋冲缩管有限元材料模型的确定  55-56
  4.10 本章总结  56-57
第五章旋冲缩口成形参数分析  57-62
  5.1 直冲缩管解析法计算与模拟、试验结果对比分析  57-58
  5.2 旋冲缩管解析法计算与模拟、试验结果对比分析  58-61
  5.3 旋冲缩管旋转驱动功率  61
  5.4 本章总结  61-62
第六章结论和展望  62-65
  6.1 本论文研究总结  62-63
    6.1.1 本文结论  62-63
    6.1.2 主要创新  63
  6.2 前景展望  63-65
致谢  65-66
参考文献  66-70

紫铜管旋冲缩口成形加工的数值模拟与仿真

内容摘要

全文目录

相似论文