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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 圓柱體鐓粗的塑性泥物理模擬
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 簡介：
- 用粘土彩泥對(duì)平板間鐓粗圓柱體工序進(jìn)行了物理模擬。物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果與剛塑性有限元數(shù)值模擬基本符合，為高徑比大于1的剛塑性力學(xué)模型提供了佐證。進(jìn)一步對(duì)平板-漏盤間鐓粗圓柱體進(jìn)行了物理模擬。該實(shí)驗(yàn)方法對(duì)大變形物理模擬具有一定的借鑒意義。
- 詳細(xì)介紹：
- 主要研究內(nèi)容是按照相似原理，采用塑性泥的方法對(duì)鍛件在塑性成形過程中的基本工序（如鐓粗、拔長等）進(jìn)行物理模擬實(shí)驗(yàn)；采用以物理模擬實(shí)驗(yàn)為主，初步配置材料后，進(jìn)行變形試驗(yàn)，輔之以理論分析進(jìn)行驗(yàn)證。 通過模擬實(shí)驗(yàn)，研究成形工藝對(duì)鍛造過程中金屬流動(dòng)的影響。由于傳統(tǒng)的網(wǎng)格法在大變形后網(wǎng)格模糊不清，為了克服這一缺點(diǎn)，本項(xiàng)目利用不同顏色的塑泥制取層狀試樣，具有簡單、直觀的優(yōu)點(diǎn)?？梢匝厝我饨孛嫫史?，只要試樣分層合理，可以模擬試件表面和內(nèi)部任何部位的變形情況。 用粘土彩泥對(duì)平板鐓粗和漏盤鐓粗進(jìn)行了物理模擬，應(yīng)用CAD軟件對(duì)物理模擬結(jié)果進(jìn)行描點(diǎn)、作出數(shù)據(jù)點(diǎn)網(wǎng)格圖 ，并應(yīng)用有限元軟件對(duì)鐓粗過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬了鐓粗后鍛件鼓形上下不嚴(yán)格對(duì)稱的現(xiàn)象。得到了平板和漏盤間鐓粗工序的變形規(guī)律，為生產(chǎn)應(yīng)用提供了參考依據(jù)。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 主要研究內(nèi)容是按照相似原理，采用塑性泥的方法對(duì)鍛件在塑性成形過程中的基本工序（如鐓粗、拔長等）進(jìn)行物理模擬實(shí)驗(yàn)；通過模擬實(shí)驗(yàn)，研究成形工藝對(duì)鍛造過程中金屬流動(dòng)的影響。關(guān)鍵問題是塑性泥材料的配置。采用以物理模擬實(shí)驗(yàn)為主，初步配置材料后，進(jìn)行變形試驗(yàn)，輔之以理論分析進(jìn)行驗(yàn)證，從而解決這一問題。掌握了配置方法之后，將其應(yīng)用于新工藝的模擬實(shí)驗(yàn)。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 由于傳統(tǒng)的網(wǎng)格法在大變形后網(wǎng)格模糊不清，為了克服這一缺點(diǎn)，本項(xiàng)目利用不同顏色的塑泥制取層狀試樣，具有簡單、直觀的優(yōu)點(diǎn)?？梢匝厝我饨孛嫫史郑灰嚇臃謱雍侠?，可以模擬試件表面和內(nèi)部任何部位的變形情況。 對(duì)平板鐓粗和漏盤鐓粗進(jìn)行了物理模擬，并應(yīng)用有限元軟件對(duì)鐓粗過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬了鐓粗后鍛件鼓形上下不嚴(yán)格對(duì)稱的現(xiàn)象。得到了漏盤間鐓粗工序的變形規(guī)律，為生產(chǎn)應(yīng)用提供了參考依據(jù)。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 用粘土彩泥對(duì)平板間鐓粗圓柱體工序進(jìn)行了物理模擬。物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果與剛塑性有限元數(shù)值模擬基本符合，為高徑比大于1的剛塑性力學(xué)模型提供了佐證。進(jìn)一步對(duì)平板-漏盤間鐓粗圓柱體進(jìn)行了物理模擬。該實(shí)驗(yàn)方法對(duì)大變形物理模擬具有一定的借鑒意義。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 塑性變形是大型鍛件的主要制造工序。物理模擬對(duì)金屬變形來說是一種有效的手段，但是考慮到實(shí)驗(yàn)成本和時(shí)間，對(duì)于大型零件直接進(jìn)行實(shí)物試驗(yàn)是不現(xiàn)實(shí)的，只能根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，通過對(duì)該模型的研究，反推出適用于實(shí)際生產(chǎn)需要的結(jié)論，然后再根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況修正實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ? 用粘土彩泥對(duì)平板間鐓粗圓柱體工序進(jìn)行了物理模擬。物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果與剛塑性有限元數(shù)值模擬基本符合，為高徑比大于1的剛塑性力學(xué)模型提供了佐證。進(jìn)一步對(duì)平板-漏盤間鐓粗圓柱體進(jìn)行了物理模擬。該實(shí)驗(yàn)方法對(duì)大變形物理模擬具有一定的借鑒意義。
獲獎(jiǎng)情況
- 發(fā)表論文：Physical Modeling of Cylinder Upsetting With Plasticine for Validation of FEM. Advanced Materials Research, Vols. 129-131 (2010) pp 1129-1132.
鑒定結(jié)果
- 作品屬實(shí)，同意推薦。
參考文獻(xiàn)
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同類課題研究水平概述
- 塑性變形是大型鍛件的主要制造工序。物理模擬對(duì)金屬變形來說是一種有效的手段，但是考慮到實(shí)驗(yàn)成本和時(shí)間，對(duì)于大型軸類零件直接進(jìn)行拔長實(shí)驗(yàn)?zāi)M是不現(xiàn)實(shí)的，只能根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)M模型，通過對(duì)該模型的研究，反推出適用于實(shí)際生產(chǎn)需要的結(jié)論，然后再根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況修正實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。目前?duì)于要經(jīng)歷復(fù)雜的成形過程的軸類零件變形，即使對(duì)于實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，還不具備較好的實(shí)驗(yàn)方法測定其變形過程中復(fù)雜的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)分布，只能是近似地測定某些特殊區(qū)域的部分場變量值，因此很多方案的改進(jìn)是根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)確定的，但是，這些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)于系統(tǒng)的工藝優(yōu)化是比較困難的，同時(shí)，也很難確定原有工藝方案的優(yōu)缺點(diǎn)。 其中網(wǎng)格法是最早、最簡單和應(yīng)用最廣的方法。該法是將處理均勻的模擬材料做成試件毛坯，然后，將其沿對(duì)稱面剖開，在剖分面上按一定間距均勻地劃上坐標(biāo)網(wǎng)格、并著色，最后將兩半剖分試樣毛坯精確拼合在一起放入模擬模具中進(jìn)行塑性變形。變形后將剖分模型分開，測量網(wǎng)格各節(jié)點(diǎn)的位移值，求得位移場和應(yīng)變場。網(wǎng)格法操作簡單，但是需要網(wǎng)格的劃分，而且網(wǎng)格在變形后會(huì)模糊不清，不利于大變形后流動(dòng)趨勢的觀察。 而層狀塑泥法物理模擬是網(wǎng)格法的變種，它利用不同顏色的塑泥制取層狀試樣，具有簡單、直觀的優(yōu)點(diǎn)。由于它的網(wǎng)格形式是由不同顏色塑泥的層間界面構(gòu)成的，所以克服了網(wǎng)格法大變形后網(wǎng)格模糊不清的缺點(diǎn)；另一方面它可以沿任意截面剖分，這樣只要試樣分層合理，可以模擬試件表面和內(nèi)部任何部位的變形情況。 網(wǎng)格法、視塑性法和云紋法是三種常用的方法，但由于剖分面的不連續(xù)性，不能傳遞拉應(yīng)力和剪切力，限制了這類方法的應(yīng)用范圍，通常只用于對(duì)稱鍛件的對(duì)稱面的分析，如盤形件的鍛粗和對(duì)稱件的擠壓等。光塑性法是一種整體成形方法，并可在任意部位切片分析，但由于尚未解決三維主應(yīng)力分析技術(shù)，也只能用于簡單成形件的應(yīng)變場分析。逆網(wǎng)格法既無剖分模型的缺點(diǎn)，又能在任意切片上獲得全面信息，是有發(fā)展前途的方法，但實(shí)驗(yàn)用材料及其對(duì)形狀記憶的精度還有待進(jìn)一步研究。相比之下層狀塑泥法既無剖分模型的缺點(diǎn)、又可在任意部位對(duì)試樣進(jìn)行切片，且模擬成本低廉、方法簡便，因而在塑性成形研究中更具優(yōu)勢。
