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大型张力拉伸机拉伸工艺分析及断带保护研究

作　者: 计红涛
导　师: 李永堂；宋建丽
学　校: 太原科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 铝合金厚板 预拉伸 残余应力 拉伸机 有限元
分类号: TG306
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


铝合金厚板是当今世界航空、航天、大型制造装备发展不可缺少的重要材料。铝合金厚板在淬火后内部存在大量的残余应力,机械性能沿厚度方向分布不均,导致后续机械加工中出现较大尺寸效应。预拉伸工艺是消除淬火残余应力的一种简单有效的方法。预拉伸工艺是对淬火后的铝合金厚板,在拉伸机上进行微量预拉伸(1%～3%变形量),使板材内部沿厚度方向上的残余应力抵消一部分,甚至全部抵消。拉伸过程中,如果板材内部存在应力集中或微裂纹等缺陷,当板材受力超过其许用应力时,板材可能会发生断裂。如果板材断裂,钳口组件会受到较大的冲击力,所以对设备进行断带保护研究,对于保障设备的安全运行具有重要意义。本文首先利用弹塑性有限元软件DEFORM对铝合金厚板预拉伸过程进行了分析,得到铝合金预拉伸后的应力和应变分布图及曲线,预拉伸变形量在1%-3%的范围内时,拉伸过程中产生的应力与淬火过程的残余应力相互抵消,所得结论对铝合金厚板拉伸变形后的锯切区域提供了依据,对指导生产实践有很重要的意义。在设备拉伸工件突然断裂瞬间,对夹紧材料的钳口组件进行合理简化,其中包括对构件的几何尺寸和周围约束的简化,建立了钳口组件的运动模型和数学模型。在此基础上在Matlab环境下建立了运动模型对应的仿真模型,对于钳口组件在拉伸断裂后的运动过程和运动参数(位移、速度、加速度)进行了详细的分析。此外,建立了钳口组件在拉伸断裂后的力学模型,分析了钳口组件拉伸断裂后的动态响应。在有限元软件里建立了钳口夹头力学模型,分析了铝板拉伸断裂后,夹头的应力应变分布状况。对于缓冲缸的缓冲过程进行了分析计算,得到了缓冲缸缓冲过程中所受到了最大力和缸所受到的最大压力。为保证设备安全运行提供了重要的理论依据。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-13
  1.1 论文提出的依据  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-10
  1.3 研究的目的和意义  10-11
  1.4 研究内容和研究方法  11-13
    1.4.1 研究内容  11
    1.4.2 研究方法  11-13
第二章 预拉伸工艺分析  13-19
  2.1 预拉伸过程及基本原理  13-14
  2.2 预拉伸模拟分析  14-16
    2.2.1 模型的建立  14-15
    2.2.2 有限元计算列式  15
      (1)单元平衡方程  15
      (2)有限元计算列式  15
    2.2.3 边界条件的确定  15-16
  2.3 计算结果及分析  16-18
  2.4 小结  18-19
第三章 断带前后的力学和运动分析  19-53
  3.1 拉伸机工作原理  19-20
  3.2 铝板断开前分析  20-23
    3.2.1 运动分析  20-21
    3.2.2 铝板断裂位置分析  21-22
    3.2.3 螺栓数学模型建立  22-23
  3.3 铝板断裂瞬间的分析  23-24
  3.4 夹头铝板一起运动时分析  24-38
    3.4.1 铝板的分析  25-26
    3.4.2 钳口夹头的分析  26-29
    3.4.3 导轨的分析  29-30
    3.4.4 运动协调分析  30-32
    3.4.5 仿真模型及仿真曲线  32-38
    3.4.6 小结  38
  3.5 铝板和夹头分离过程分析  38-39
  3.6 铝板与夹头分离后但并未碰到缸阶段的分析  39-47
    3.6.1 夹头的分析  39-40
    3.6.2 导轨的分析  40-42
    3.6.3 仿真模型及仿真结果  42-47
    3.6.4 小结  47
  3.7 夹头沿导轨方向运动到与液压缸碰撞时的分析  47-53
    3.7.1 夹头受力分析  47-49
    3.7.2 仿真模型及仿真结果  49-53
第四章 夹头的有限元分析  53-61
  4.1 夹头模型的建立  53
  4.2 模拟的条件  53-54
  4.3 命令流建模分析过程  54-55
  4.4 夹头的有限元模拟  55-60
    4.4.1 铝板断开前夹头的有限元模拟  55-57
    4.4.2 铝板和夹头分离时的有限元模拟  57-59
    4.4.3 夹头沿导轨方向运动到与液压缸碰撞时的有限元模拟  59-60
  4.5 小结  60-61
第五章 结论  61-63
参考文献  63-67
攻读硕士期间参加的项目和发表的论文  67-69
致谢  69-70

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属压力加工 > 一般性问题 > 压力加工工艺
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