钢管短芯棒拉拔过程的数值模拟及拉拔工艺、芯模的优化

摘要

本论文综合运用金属弹塑性变形的专业知识、数值模拟知识以及计算机应用和开发知识，以现有的大型通用有限元软件ANSYS作为二次开发平台，开发出适用于带芯棒钢管拉拔过程数值模拟专用有限元分析软件，并采用该系统来优化带芯棒钢管拉拔工艺和芯模的设计。、通过对一个典型的带芯棒拉拔过程的模拟，分析了在钢管拉拔过程中芯模应力和钢管轴向应力的分布特点。 在对芯模的应力分析中得出，芯模的最大等效应力在芯模的表面呈点状分布，具有较大的值，而芯模其他部位承受的应力并不是很大。在拉拔过程中，芯模最大等效应力从芯模的定径带和前倒角交界处附近转移到芯模定径带靠近芯模锥面附近。芯模的这种应力分布状况和芯模的失效形式密切相关，芯模的等效应力呈点状分布使得芯模局部容易产生粘着磨损、芯模的定径带附近承受交变的最大应力使得芯模容易产生微裂纹，微裂纹的扩展使得芯模开裂。钢管最大轴向应力出现在芯模向工作位移动的过程中，最大拔制力出现在钢管和芯模滑动开始时。 在对钢管拉拔工艺和芯模优化设计前，为了找出各个因素对芯模最大等效应力和钢管最大轴向应力的影响规律，采用正交试验原理和相似原理对25组短芯棒钢管拉拔过程进行了模拟。根据模拟的试验数据，从工艺参量和和模具几何参量两个方面，对芯模最大应力和对钢管最大轴向应力的影响因素按主次进行了排序，分析了各个因素对芯模最大应力和对钢管最大轴向应力的影响趋势。根据分析结果，提出了优化钢管拉拔工艺和芯模设计的方案，并对成都市异型钢管厂的一个中小直径钢管的拔制表进行了优化设计，最终减少了一个拉拔道次。从芯模受力特点及失效形式上考虑，提出了针对芯模的优化设计，主要应当从提高芯模材料表面性能上采取措施。

目录

文摘

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声明

1绪论

1.1选题的背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3本课题的研究方向

2有限元理论基础和分析方法

2.1有限元技术的概述

2.2有限元技术的发展概况

2.2.1数值模拟技术的提出

2.2.2有限单元法的基本思想

2.2.3有限单元法的理论基础

2.2.4有限单元法的基本步骤

2.3钢管拉拔的有限元模型

2.3.1有限变形理论与虚功方程

2.3.2接触及摩擦边界条件的处理

2.4本章小结

3技术路线和实验方法

3.1总体方案

3.2技术路线

3.3软件平台

3.4本章小结

4钢管短芯棒拉拔过程数值模拟系统的开发

4.1概述

4.2程序的编制

4.2.1 ANSYS的内部开发工具

4.2.2参数化设计语言(APDL)的应用

4.2.3用户界面设计语言(UIDL)的应用

4.3钢管拉拔过程数值模拟系统的开发

4.3.1前处理模块

4.3.2加载和求解模块

4.3.3后处理模块

4.4本章小结

5芯模、钢管应力场的分析

5.1拉拔过程中芯模应力分布的分析

5.1.1芯模应力分布状况

5.1.2芯模应力随时间变化

5.2拉拔过程中钢管轴向应力分布的分析

5.3本章小结

6拉拔工艺和芯模的优化设计

6.1试验方案的设计

6.1.1拔制因子

6.1.2正交表的设计

6.2各参数对芯模最大应力的影响

6.3各参数对钢管最大轴向应力的影响

6.4拉拔工艺和模具的优化设计

6.4.1工艺参数的优化设计

6.4.2模具的优化设计

6.4.3一个钢管短芯棒拔制表的优化实例

6.5本章小结

7结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢