在Gleeble-3800热模拟试验机上进行大变形等温压缩试验,研究Cr-Co-Mo-Ni齿轮钢的高温热变形行为和显微组织,分析材料流变应力与变形温度和应变速率的关系,建立热变形过程的本构方程和热加工图.该材料的流变应力随着温度的升高而下降,随应变速率的增加而增加;用双曲正弦函数式可描述其在热变形过程中的流变应力,热变形活化能为487.21k J·mol-1;热加工图显示的适宜加工区间为温度1000-1100℃,应变速率0.1-1 s-1.在热模拟试验基础上进行该钢种锻造工艺的有限元模拟,并结合热加工图分析初锻温度和加工道次对于锻件温度和应变速率的影响,得出适宜的模锻工艺参数为初锻温度1000-1100℃,锻造道次15次

皮尔格冷轧无缝钢管过程中为了获得性能较好的成品需要选择合理的送进量数值，本文以冷轧304不锈钢为研究对象，借助有限元模拟软件对不同送进量下的皮尔格冷轧过程进行了完整的仿真，对比分析了送进量对金属流动速度、轧制力、等效应力、残余应力及管材回弹的影响规律.结果表明轧制过程中孔型背脊和与轧辊接触的孔型侧壁处管材金属流动速度随送进量增加而增加，轧制力、等效应力及残余应力均随送进量的增加而增大，并且送进量的增大还会显著增加管材的回弹量.借助试验轧机对不同送进量下皮尔格冷轧管进行轧制试验，对试验得到的管材进行尺寸和残余应力测量，测量结果与有限元仿真结果基本一致，为皮尔格轧制过程不同送进量的选择提供依据

为考察无网格方法求解铸坯凝固过程的可行性，本文依据移动最小二乘和变分原理，推导并建立了基于无网格伽辽金法的结晶器内铸坯凝固过程二维非稳态传热/凝固数学模型。以小方坯凝固过程为对象，分别采用节点均匀布置、加密布置、随机布置方式，模拟分析了小方坯凝固过程的温度场变化，并将计算结果与参考解、有限元法数值解进行了对比，结果证实无网格伽辽金法在计算精度、自适应性、网格依赖性等方面均优于有限元法。研究结果为无网格方法应用于连铸过程的传热、凝固以及应力/应变行为的数值计算提供参考

在空心轴楔横轧多楔轧制中,控制壁厚均匀性是衡量车轴成形质量的重要标准.本文先分析空心轴楔横轧多楔轧制的稳定轧制条件,得到了确定空心车轴楔横轧压扁失稳的准则.在此基础上,基于DEFORM-3D软件,建立楔横轧多楔同步轧制高铁空心车轴的三维刚塑性有限元模型,分析展宽角、成形角等工艺参数对壁厚均匀性的影响,获得了工艺参数影响轧制空心车轴壁厚变化的规律.结果表明:成形角越大,壁厚均匀性越好;展宽角越大,壁厚均匀性越好,但在展宽角大于10°时,壁厚均匀性反而下降.基于多楔轧制实验,轧制1∶5缩比的空心车轴,测量了轧制力矩和轧制空心轴的壁厚,与仿真结果作比较,相对误差均在10%以内,验证了所建有限元模型的正确性

热锯机在冶金厂得到广泛的应用。提高锯片使用寿命,摸清锯齿失效原因,仍是当前值得注意的问题。本文从调查国内锯片使用的情况出发,归纳了锯片失效的类型。并用弹性力学有限单元法,解出了典型锯齿的应力场及应变场,对分析锯齿破坏机理,设计合理的齿形提供了力学依据。为确定合理锯切力能参数,本文应用了弹塑性有限元法求出的计算结果。我国冶金厂和机械厂拥有数千台锯机,每年要消耗大量的锯片。如唐山市冶金锯片厂这样的专业厂,每年要为上百个厂家提供各种规格的圆盘锯片,其中大直径的热切锯片占有一定的比例。近年来,由于改进了制造工艺,严格质量标准,使锯片质量得到了提高。但由使用的效果看,锯片早期破损的情况仍然发生。因此,进一步摸清锯片的失效原因,寻找其破坏的机理,提高锯片的使用寿命,仍是当前一项重要的工作

借助刚塑性有限元DEFORM-3D对4Cr9Si2马氏体耐热钢楔横轧成形过程进行了数值模拟,分析了展宽角对楔横轧轧件成形缺陷的影响规律.在楔横轧轧制刚楔入时,轧件的心部受到三向拉应力的作用;展宽角减小,轧件在楔入段时三向拉应力最大值和持续时间增大,使心部缺陷产生的可能性增加;而展宽角减小,金属轴向流动速度加快,使得对称中心在楔入段完成后的直径减小,而轴向力则随着展宽角减小,其数值还有一定的增大,最终将导致对称中心横截面拉细状况的产生;随着展宽角增大,表面螺旋痕将会增加,但展宽角对表面螺旋痕的影响不明显.通过实验验证了有限元的正确性和模拟结果的可靠性

通过Gleeble 2000上的热模拟压缩实验,分析了Q235低碳钢在不同热加工参数下的动态组织演化特征.结果表明:应变速率和温度对Q235钢的奥氏体形变特征影响强烈.在相同变形温度下,应变速率的提高可以明显推迟动态再结晶的发生:应变速率较低时,降低温度同样可以延迟动态再结晶的发生.利用定量金相技术及线性、非线性拟合算法,建立了 Q235钢热变形过程的唯像本构关系及组织演化动力学模型,并将其应用于Autoforge3.1有限元软件平台.压缩过程有限元模拟分析表明,分别采用Arrhenius双曲正弦方程描述Q235钢的唯像本构关系及Yada模型表征Q235钢变形过程的平均晶粒尺寸,可以满足预测精度,与实际变形过程基本吻合

研究了在没有压下辊的情况下滚压冲裁过程的运动学特性,据此提出了通孔滚压冲裁模具的设计方案.在此基础上,利用ABAQUS有限元软件进行了基于Shear Failure韧性断裂准则和任意拉格朗日一欧拉自适应网格技术的45号钢薄板滚压冲裁过程有限元仿真,分析了主要参数对断面质量的影响.仿真结果表明:方形孔滚压冲裁时,前后刃口依次经历板带弯曲、凸模压入、裂纹产生和发展、断裂和凸模拔出五个阶段;滚压冲裁断面的主要质量缺陷包括断面垂直度、毛刺、塌角、压痕等;影响滚压冲裁断面质量的主要因素包括侧隙、凸模高度、辊子半径等.减小标称侧隙和凸模高度、增大辊子半径均会使断面质量提高,其中又以对断面垂直度和毛刺高度的影响更为明显.对于45号钢一类的碳钢,后刃口标称侧隙以板厚的5%-10%为宜,前刃口标称侧隙可以更小:辊子半径应以大于板厚的100-150倍为宜;在保证板材完全断裂的前提下,应使凸模高度尽量减小

研究了平面应变压缩过程中摩擦对金属流变规律以及力能参数的影响.通过有限元软件MSC/Superform,采用二维以及三维热力耦合有限元理论对不同摩擦条件下的力能参数、宽展情况以及变形金属的流动情况进行了分析;在自主研制的大试样平面应变热模拟试验机上,利用室温下工业纯铝探讨了上下接触面摩擦不一致时金属流动的规律.结果显示:随着摩擦的增大,变形负载将增大,宽展减小;当上下接触面间摩擦条件不同时,变形后的试样将出现\U\字型,而且随着上下接触面之间摩擦差值的增大,其变形不均将更加严重

根据变厚度轧制特点和前滑定义，推导了一种变厚度轧制的前滑值的理论模型.用MARC软件建立变厚度轧制的有限元模型，针对四种不同变厚度区形状的轧件在轧制摩擦因数为0.08和0.1工况条件下的轧制过程进行了数值模拟.此外，采用轧制试验方法实测了总前滑量.对比分析结果表明：前滑理论模型的计算值与有限元数值模拟结果接近，两种方法计算所得前滑值的差值小于0.005.与常规恒厚度轧制中稳定前滑值不同，在变厚度区轧制时，前滑值在0.02～0.10波动.变厚度区的压下率越大，其前滑值也越大；较小变厚度区斜度设计和低的摩擦因数会使变厚度轧制有更好的轧制稳定性和小的前滑波动范围.TRB变厚度轧制试验也验证了前滑理论模型的精度.减薄轧制实测前滑值和计算值偏差大与变形区应变状态及增加的打滑趋势有关