副车架内高压成形加载路径的优化与试验研究

【目的】内高压成形工艺因存在设备昂贵、工序流程复杂和工艺参数控制难等问题,需要通过数值模拟方法来弥补试验法所导致的周期长、修模量大、成本高等不足。【方法】将某汽车副车架横梁的内高压成形加载路径作为优化对象,以最大壁厚与最大减薄率为目标函数,以加载路径为设计变量,建立多目标优化数学模型。选用非支配排序遗传算法NSGA-Ⅱ,借助计算机辅助优化平台对数学模型自动寻优。运用LS-DYNA软件对优化前后的加载路径进行数值模拟分析,并与试验结果比较。【结果】结果表明,优化后管坯的最大减薄率下降了3.99%,最大壁厚下降了6.06%。另外,数值模拟结果与试验结果仅存在微小误差,且总体趋势相同,验证了加载路径数值模拟方法的可行性。【结论】1）内高压成形试验结果与仿真结果吻合较好,采用数值模拟方法完成副车架内高压成形加载路径的优化设计是可行的;2）基于NSGA-II的自动寻优,一次优化可获取多个Pareto最优解,可供选择的工艺方案更全面;3）内高压成形过程中采用数值模拟方法可快速完成工艺方案设计和工艺参数寻优,极大地缩短产品推向市场的时间,降低制造成本,提高生产效率。     

挡位齿轮坯闭式精锻缺陷有限元分析与工艺优化

采用刚塑性有限元法,对挡位齿轮坯闭式精锻成形缺陷进行仿真预测分析.通过对模具局部型腔在不同的拔模斜度和圆角半径条件下成形过程的正交对比模拟,跟踪描述了各种缺陷的形成过程,分析了缺陷的成因,定量给出了不产生折叠、刮料、充不满等缺陷的极限结构工艺参数范围图;针对齿轮类锻件实际生产中筋部位置度精度较低以及成形载荷过高的问题,基于分流原理设计了分流精锻成形工艺方案,通过模拟分析金属的流动规律,位置度精度控制在0.08 mm以内,成形载荷也降低了20％～ 40％,经过生产试制分析,其试验结果与数值模拟吻合较好.     

汽车尾灯支架成形数值模拟与优化

汽车尾灯支架是汽车外覆盖件。对单个零件进行成形时,需要增加很多工艺补充材料,冲压方向不容易确定,而且会产生侧向力。利用对称性采用一模两件工艺,既降低了成形难度,提高材料的利用率,又有利于拉深成形过程中的金属流动。利用数值模拟技术,仿真了成形过程;根据应力应变的分布,对成形中的起皱和拉裂,以及板料变形程度进行了预测;优化了毛坯形状、工艺补充面、拉延筋的分布和阻力。优化后的工艺参数得到了良好的成形质量,模拟结果与实验吻合。     

三通管内高压成形过程仿真分析

文章介绍了内高压成形工艺的发展、原理及特点。以三通管为例,对三通管的内高压成形过程进行仿真分析,对比了不同加载路径下的成形效果,研究了内压以及轴向进给量对成形的影响规律。     

铝合金轮毂强力旋压数值模拟技术研究

铝合金轮毂旋压技术是近几年才发展起来的车轮成形新工艺方法,运用刚塑性有限元软件DEFORM 3D对铝合金轮毂旋压成形过程进行数值模拟,考察了不同减薄率、进给率和主轴转速等主要工艺参数对成形过程的影响规律,通过综合分析数值模拟计算的结果,得出一组较合理的工艺参数,用试验验证了分析结果,可以为旋压铝合金轮毂的实际生产提供理论指导.     

半轴套管热挤压成形工艺数值模拟

通过对半轴套管的工艺分析,基于体积不变原则,采用逆向法计算零件毛坯,确定了热挤压成形工艺方案;结合刚粘塑性有限元法基本原理,运用有限元软件对半轴套管的反挤压过程进行3-D热力耦合模拟。影响半轴套管热挤压成形的主要工艺参数有挤压温度、挤压速度、模具预热温度等。在其他条件相同情况下,分别设置不同的挤压温度、挤压速度、模具预热温度,通过对不同参数模拟结果的分析比较,得出工艺参数对半轴套管成形的影响状况,揭示热挤压成形过程中的金属流动规律。优化的成形参数,提高了半轴套管的成形性能和经济性能。     

直齿轮刚性平移两步成形工艺仿真与试验

针对直齿轮冷锻成形困难、工作载荷大和模具寿命低等问题,提出基于刚性平移的直齿轮两步成形工艺,即先成形分度圆以外齿形,后完成整齿成形.首先采用有限元法,对两步成形工艺的冲挤预成形和刚性平移终锻成形过程分别进行了模拟,并提取等效应力场和载荷行程曲线进行分析;再用物理试验对数值模拟结果加以验证;最后与传统工艺方案的模拟结果作对比.研究结果表明,刚性平移预锻齿形设计有利于改善齿轮的充填性,同时使得工作载荷大幅度降低.     

多点成形冲头动态接触压力仿真分析

采用弹塑性有限元法,建立多点模具复杂多接触面的力学模型,对不同材料、不同厚度和不同曲率半径的球形件多点对压成形过程进行数值模拟,分析了冲头最大接触压力的变化过程及其影响因素。结果表明：材料的弹性模量和屈服强度越大,成形件的板厚和变形量越大,所需的成形力就越大,所以冲头的接触压力就越大。     

聚碳酸酯板材多点热成形数值模拟与成形精度分析

提出了用于热塑性聚合物板材的柔性成形技术——多点热成形技术。根据高温单向拉伸试验数据确定了不同温度下聚碳酸酯(PC)板材的超弹性材料模型参数。运用有限元软件Abaqus对不同温度和不同成形压力下的PC板材多点热成形过程进行了数值模拟,结果表明:当成形温度与成形压力分别为160℃和10 kPa时,成形件平均形状误差最小。参照数值模拟结果进行了PC板材的多点热成形试验,验证了数值模拟结果的准确性。测量并分析了成形件的成形精度,结果表明:成形件具有较高的成形精度,可以满足工程应用需要。     

基于AutoForm的汽车覆盖件冲压成形仿真技术研究

介绍了板料成形仿真软件AutoForm.在基于UG-CAD和AutoForm的基础上,对汽车某覆盖件的拉延成形过程进行了CAE仿真模拟分析,以此为依据最终确定合理的冲压工艺,与传统的冲压工艺设计相比,提高了模具设计的质量和一次成功率.     

陶瓷球与生物质半焦混合体在不同截面形状斜管中的速度特性

为了探索不同截面形状斜管对陶瓷球与生物质半焦混合固体颗粒速度分布的影响规律,设计了PIV冷态模拟试验装置。利用PIV技术对陶瓷球（粒径为1、2和3 mm）与生物质半焦不同质量比例（10∶1、30∶1和50∶1）的混合颗粒在3种不同截面形状（圆形、半圆半方形和方形）的斜管中（稳流阶段X=1 190 mm截面）流动规律进行了试验研究。试验结果表明:在3种不同截面形状斜管中生物质半焦轴向时均速度在yd＝0～1内形状分布都类似于“磁滞回线”;在混合颗粒质量比例为10∶1时,生物质半焦轴向时均速度分布基本不受截面形状影响,都可以用方管或半圆半方管来近似代替圆管进行试验;而在陶瓷球粒径为1和2 mm时,混合颗粒质量比例为30∶1和50∶1时,生物质半焦轴向时均速度分布受截面形状影响较大,不可以用方管或半圆半方管来代替圆管进行试验。      

甘蔗收获机喂入分流系统的设计与试验

甘蔗收获机普遍使用的双圆盘切割台系统在收获过程中存在明显"居中堵塞现象"。为了合理利用收获机物流通道空间,使喂入的甘蔗流主动分流居中并行且均匀输出,设计了一种新型的甘蔗收获机喂入分流系统,通过三维设计软件Pro/E建立了甘蔗喂入分流机构虚拟样机模型,并导入多体动力学仿真软件ADAMS,在不同的分流转速、分流辊上的橡胶管按不同的角度安装及选择不同的橡胶管与甘蔗的摩擦因数进行了虚拟仿真试验并在仿真的基础上进行了物理样机实验。仿真与样机实验表明:当此机构分流辊机构转速为300r/min、分流辊上偏置胶管的偏置角度为30°,且偏置胶管与甘蔗间的静摩擦因数f0=0.3 5、动摩擦因数f1=0.2 5时,在保证甘蔗进给速度的前提下,可以使甘蔗流分布较为理想。     

固定床气化炉中心管配风压力场数值模拟

气化剂配风工艺的改变可对气化过程中炉内温度产生影响,经过对比测温实验得到中心管配风工况下床层温度高于双层配风工况。应用Fluent软件对不同配风工艺下气化炉压力场进行模拟分析,根据燃烧学理论找出热解层压力对气化反应的影响因素,结果表明:气化剂中心管供给降低了气化炉热解层区域压力,且该工况下床层压力分布较均匀。热解层压力降低可增加挥发分析出量,加快反应速率,提高炉内温度,从床层压力角度诠释了气化炉实验结果,最后通过误差分析方法检验了仿真结果的准确性。     

尾水管加装整流筒后对其内部流态的影响

通过在尾水管的通道内设有前后两端开口的整流筒,利用CFD技术对典型工况进行了对比模拟研究,探究了加装整流筒前后对尾水管内部流态的影响.研究结果表明,在典型工况下,尾水管出口断面的压力分布相对比较均匀,整流筒直径为1.05D₁时,压力升高最明显.计算了在不同条件下尾水管整流筒进口断面位置中心到壁面静压分布、整体轴中心截面压力分布以及监测了尾水管整流筒在进口处断面壁面上记录点的压力脉动随时间的变化情况.研究显示:整流筒直径为1.05D₁时对改善尾水管内部压力场分布和抑制空化带来的影响起到了积极作用,安装整流筒的尾水管中轴面压力梯度减小,在尾水管的进口截面旋涡分散且数量减少,同时减小了中轴心与尾水管壁面的压差,尾水管的流场稳定性增加.     

油菜侧深穴施肥装置设计与试验

为提高肥料利用率、降低肥料施用量、实现油菜根区施肥,结合油菜种植施肥农艺要求,提出了一种油菜侧深穴施肥工艺,设计了一种机械式穴施肥装置,阐述了穴施肥装置的工作过程,确定了穴施肥装置的基本参数,建立了充肥和排肥环节中肥料颗粒群的力学模型,分析了影响穴施肥装置成穴性能的主要因素;应用离散元软件EDEM对穴施肥排肥器的成穴性能进行了仿真试验,分析了排肥轮转速、充肥型孔长度、导肥管材料对穴排肥量误差和穴径长轴长度的影响;利用正交组合试验确定了成穴性能较优的参数组合,排肥轮转速为60r/min、充肥型孔长度为18mm、导肥管材料为ABS塑料管时,穴排肥量误差为7.05%、穴径长轴长度为62.45mm;优选参数组合下的排肥性能试验结果表明,排肥轮转速为30~90r/min时,穴排肥量误差为4.56%~15.69%、穴径长轴长度为76.32~91.50mm、穴径长轴长度稳定性变异系数为4.53%~9.78%、穴距误差为3.24%~7.31%;田间试验表明,排肥轮转速为30~90r/min时,穴排肥量误差为4.73%~16.07%、穴径长轴长度为85.21~101.65mm、穴径长轴长度稳定性变异系数为4.82%~10.63%、穴距误差为3.36%~7.58%、施肥深度稳定性变异系数为6.43%~10.85%,成穴性能较好,满足穴施肥要求。     

仿豆天蛾幼虫充气薄膜管弯曲特性研究

受豆天蛾幼虫体壁结构有较强的抗弯稳定性启发,设计了仿生充气管,以提高其弯曲特性。制作豆天蛾幼虫体壁组织切片,观察其体壁与附近肌肉组织的连接方式以及肌肉组织的分布形式,以此为依据设计了加筋充气管。通过有限元仿真和试验分析了普通充气管和加筋充气管在不同压力下的弯曲特性,获得了不同充气压力下横向载荷-位移关系曲线以及充气管弯曲极限载荷与充气压力的关系曲线。结果表明:在所选压力范围内,充气管的极限载荷与充气压力呈正比,加强筋的存在提高了充气管的弯曲特性,同时仿真结果表明,45°加载时加筋充气管的抗弯能力较0°加载时更强,两者均高于无加强筋时的抗弯能力。     

下降管式生物质热解液化技术中的除尘设备

介绍了下降管式生物质热解液化装置的原理和工艺过程,比较了各种除尘装置的特点,指出在生物质热解液化工艺中用旋风除尘器除尘是较好的选择.在利用下降管式生物质热解液化装置进行热解实验的基础上,对旋风除尘器的效率做了实验分析.     

二流体雾化器雾化过程仿真及实验

探究了二流体雾化器液膜破碎过程与液滴形成过程,对不同螺距和喷嘴出口形状的二流体雾化器喷嘴进行仿真研究。仿真分析了二流体雾化器的液膜形成与破碎过程,通过耦合VOF-DPM模型,成功获得了雾化过程中的液滴粒径尺寸分布,并通过实验验证仿真结果的准确性。研究结果表明：二流体雾化器中螺距对气相的速度影响较大,高速的气相从出口流出时会形成较大湍流抬升导液管附近液相;不同的喷嘴结构会导致液相延伸的长度和一次破碎完成的时间不同,气相的速度越高二次破碎能产生粒径更小的液滴颗粒;气相速度较低的喷嘴二次破碎过程以液团形式完成二次破碎,气相速度较高的喷嘴则以液带形式完成二次破碎。     

离散元模拟导种管高度对排种性能的影响

排种系统是免耕播种机的重要组成部分,其性能直接影响到免耕播种机整体工作质量。导种管为排种系统最后一个环节,主要作用是将排种器排出的种子导入开沟器并使种子能够顺利落入种沟内,其投种位置和速度对排种系统的排种均匀性有较大影响。本文用离散元软件,对导种管施加直线运动和正弦振动,模拟玉米种子由颗粒工厂生成后,经过导种管下落到土地的过程。同时,经离散元后处理模块得到玉米种子在土地上的分布图、种子的运动轨迹及种子在导种管内运动的最小速度和种子离开导种管时的速度;并用origin软件得到种子在导种管内运动的最小速度与导种管高度的拟合曲线、种子离开导种管时的速度与导种管高度的拟合曲线。模拟结果表明:当免耕播种机作业速度为1.389m/s时,最佳导种管高度应为500mm。     

导叶不同开度下水泵水轮机内流特性分析

为研究预开导叶不同开度下的内流特性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机模型为研究对象,基于SST k-ω湍流模型,进行预开导叶不同开度下全流道三维非定常数值模拟和分析,并与试验结果进行对比验证.探讨活动导叶与转轮之间,以及转轮内的旋涡分布情况,定量分析了转轮受力情况和尾水管压力脉动.结果表明:在同步导叶开度一定的情况下,随着预开导叶个数的增加,其过流部件的流量将会增大,且存在于活动导叶和转轮区域的高速水环也会被破坏,形成紊乱的旋涡.从转轮区域看,在叶片的液道内形成不同的涡结构,其分布的不均匀性将直接影响转轮的受力情况.随着预开导叶个数的增加,这种情况将更为明显,转轮径向力的幅值逐渐增大.进一步分析尾水管压力脉动发现,尾水管压力脉动幅值也随着预开导叶个数的增加而增大,从而导致机组振动加剧、运行不稳定.