螺旋挡圈绕制回弹及回弹反向补偿模型研究

摘要

螺旋挡圈具有受力均匀、空间利用率高、适应更高转速等优点，而且生产螺旋挡圈的绕制工艺非常节约材料。螺旋挡圈在航空航天、重型船舶等工业领域具有非常广阔的应用前景。料带经过绕制后的径向回弹是螺旋挡圈绕制成型的主要缺陷之一，严重限制了螺旋挡圈的发展和应用。对螺旋挡圈的绕制成型及回弹进行研究不仅可以丰富金属塑性加工技术，而且对于螺旋挡圈在航天及轮船等其他工业领域的应用具有重要意义和参考价值。本文的主要研究内容如下：　　(1)基于ABAQUS有限元分析软件，创建螺旋挡圈绕制成型及回弹有限元模型，深入研究料带在绕制过程中的应力及应变状态，采用控制变量法研究三种工艺参数(绕制芯棒直径、料带宽厚比和料带形状)对螺旋挡圈绕制成型及回弹的影响规律，确定绕制芯棒直径和料带宽厚比是影响料带成型及回弹的关键因素，提出使用螺旋形料带代替直线形料带的方法来改善成型缺陷。　　(2)设计多套螺旋挡圈绕制成型模具进行试验研究，进行不同绕制芯棒直径和不同料带形状的绕制成型及回弹试验，并且对每组试验进行有限元仿真计算，将试验数据与仿真结果进行对比分析，提出以回弹仿真误差对试验和仿真结果进行评定，分析试验回弹与仿真回弹之间的关系。　　(3)建立螺旋挡圈绕制回弹反向补偿模型，解决仿真回弹结果与试验回弹结果有偏差的问题，该模型可以在未获取料带塑性变形后真实材料参数的前提下对回弹仿真结果进行修正，使回弹仿真可以有效指导实际生产，通过将回弹反向补偿模型应用于实际生产，验证该模型的可行性。

目录

声明

第 1 章绪 论

1.1螺旋挡圈研究现状

1.2螺旋挡圈的优点

1.3绕制成型及回弹研究现状

1.3.1理论分析

1.3.2试验研究

1.3.3数值模拟

1.4变弹性模量对回弹的影响研究现状

1.5回弹控制与补偿研究现状

1.6绕制成型缺陷

1.7本文研究背景和意义

1.8本文主要研究内容

第 2 章绕制成型及回弹有限元建模

2.1螺旋挡圈绕制成型工艺

2.2有限元仿真模型简化

2.3有限元仿真方案制定

2.4创建绕制成型及回弹有限元仿真模型

2.4.1创建几何模型

2.4.2定义材料属性

2.4.3网格划分

2.4.4设置分析步

2.4.5定义接触

2.4.6施加载荷

2.4.7建立回弹模型

2.5本章小结

第 3 章绕制成型及回弹数值模拟研究

3.1绕制过程的应力和应变

3.2芯棒直径对成型和回弹的影响

3.2.1芯棒直径对成型应力及应变的影响

3.2.2芯棒直径对回弹的影响

3.3带材宽厚比对成型和回弹的影响

3.3.1带材宽厚比对成型应力及应变的影响

3.3.2料带宽厚比对回弹的影响

3.4料带形状对成型和回弹的影响

3.4.1使用螺旋形料带对应力和应变的影响

3.4.2使用螺旋形料带对回弹的影响

3.5螺旋形料带曲率半径对回弹的影响

3.6螺旋形料带的尺寸限制

3.7本章小结

第 4 章螺旋挡圈绕制成型及回弹试验研究

4.1试验方案制定

4.2试验设备准备

4.2.1绕制模具的设计

4.2.2绕制料带的制备

4.3试验结果分析

4.3.1试验数据获取方法

4.3.2试验结果与数据统计

4.3.3试验与仿真结果对比

4.4本章小结

第 5 章螺旋挡圈绕制回弹反向补偿模型研究

5.1模具的回弹设计补偿

5.2回弹误差和回弹仿真误差稳定假设

5.2.1回弹误差和回弹仿真误差的定义

5.2.2回弹误差和回弹仿真误差稳定假设

5.3基于仿真节点位移的反向补偿设计

5.4螺旋挡圈绕制回弹反向补偿模型

5.5模型应用实例

5.6本章小结

总结与展望

参考文献

致谢