本文選題：鈦合金波紋管 + 液壓成形　； 參考：《沈陽工業(yè)大學》2017年碩士論文

【摘要】：金屬波紋管用于制造各種敏感元件、補償元件、柔性連接件和換熱元件,主要應用在航天、航空、汽車、船舶、石油化工等行業(yè),特別在先進航空發(fā)動機上,能夠填補密封環(huán)與軸之間的間隙,大幅度增強結構的密封性能,提高燃料利用率。隨著工業(yè)技術的不斷發(fā)展,結構輕量化是一個有效的途徑來降低成本和減輕重量,同時可以滿足材料的強度和剛度。鈦合金質量輕、具有良好的力學性能和抗腐蝕能力成為新型的金屬波紋管材料,符合結構輕量化這一發(fā)展趨勢,在航空、航天、化工等行業(yè)有著良好的發(fā)展前景。由于鈦合金彈性模量小,塑性差,難成形,所以目前在我國的研究和應用較少。本文以彈塑性有限元模型為基礎,應用Johnson-Cook塑性本構模型和韌性損傷原理對鈦合金波紋管液壓成形過程進行仿真分析。建立管材外徑為21.5mm、壁厚為0.16mm、成形后最大直徑為31.5mm的軸對稱有限元模型,模擬管材從初始加載液壓到回彈結束的整個過程,將成形過程中的應力應變分布和預測的開裂位置與實際生產進行對比分析,驗證有限元模型的合理性。為了防止開裂等缺陷的產生,保證降低最大減薄率和最大損傷變量D的基礎上,同時降低回彈量,對模片圓角半徑大小、液壓大小和模片間距等工藝參數進行優(yōu)化,得到最佳工藝參數,進而得到相關工藝參數對波紋管液壓成形的影響規(guī)律。利用優(yōu)化后的工藝參數得到的成品波紋管回彈量為4.7mm,最大減薄率為32.02%,最大損傷變量D為0.5。根據優(yōu)化得到的工藝參數,設計并加工的一套波紋管液壓成形模具,完成鈦合金波紋管的制備。對比實驗結果和仿真結果的長度方向上的減薄率,驗證有限元分析準確性。實驗得到的成品波紋管減薄率大于仿真結果減薄率,波峰最大減薄率處有2%-3%的差異,在管端部有1%-2%的差異,這是由于假設仿真過程中是全部潤滑的(摩擦系數0.08),實驗過程中未必全部潤滑,摩擦系數越大減薄率越大而造成的結果。本文將Abaqus腳本文件參數化編輯利用Qt Designer可視化圖文界面,并用Python語言編輯連接語句,將界面與Abaqus連接,完成對Abaqus的自主二次開發(fā),建立優(yōu)化系統(tǒng)。根據界面的工藝參數、幾何參數和有限元參數輸入相關數據,即可自動生成CAE文件并完成計算,生成相關結果報告,根據報告來修改工藝參數,快速完成對波紋管液壓成形的工藝優(yōu)化,具有實際意義。
[Abstract]:Metal bellows are used to make various sensitive elements, compensation components, flexible connectors and heat exchange components, which are mainly used in aerospace, aviation, automobile, ship, petrochemical and other industries, especially on Advanced Aero Engines, to fill the gap between the seal ring and the shaft, greatly enhance the sealing performance of the structure and improve the fuel utilization. With the continuous development of industrial technology, the lightweight structure is an effective way to reduce the cost and reduce the weight. At the same time, it can meet the strength and stiffness of the material. The quality of the titanium alloy is light. It has good mechanical properties and corrosion resistance to become a new type of metal corrugated pipe material. Because of the small elastic modulus, poor plasticity and difficult forming of the titanium alloy, the research and application of the titanium alloy are very few in China. In this paper, based on the elastoplastic finite element model, the Johnson-Cook plastic constitutive model and the principle of ductile damage are used to simulate the hydraulic forming process of the titanium alloy bellows. The axial symmetry finite element model with the diameter of 21.5mm, the wall thickness of 0.16mm and the maximum diameter of 31.5mm after forming is established. The whole process of pipe material from initial loading to the end of springback is simulated. The distribution of stress and strain in the forming process and the predicted cracking position are compared with the actual production, and the rationality of the finite element model is verified. In order to prevent the formation of cracks and other defects, to reduce the maximum thinning rate and the maximum damage variable D, and to reduce the springback at the same time, optimize the parameters of the radius of the die fillet, the size of the hydraulic pressure and the spacing of the die pieces, and get the best process parameters, and then the influence of the related process parameters on the hydroforming of the bellows is obtained. The resilience of the finished product bellows is 4.7MM, the maximum thinning rate is 32.02%, the maximum damage variable is 32.02%, the maximum damage variable D is based on the optimized process parameters. A set of corrugated tube hydroforming mould is designed and processed to complete the preparation of the titanium alloy bellows. The thinning rate and the accuracy of the finite element analysis are verified. The thinning rate of the finished product bellows is greater than that of the simulation results. The maximum thinning rate of the wave peak is 2%-3%, and there is a difference of 1%-2% at the end of the tube. This is due to the assumption that all the lubrication (friction coefficient 0.08) is all lubricated in the simulation process, and the friction coefficient is not all in the experimental process. The larger the thinning rate, the result of the larger thinning rate. In this paper, the Abaqus script file parameterized edit is used to visualize the interface of Qt Designer, and edit the connection statement with Python language, connect the interface with Abaqus, complete the independent two development of Abaqus and establish the optimization system. In the related data, the CAE file can be generated automatically and the calculation is completed. The related results report can be generated. The process parameters are modified according to the report, and the process optimization of the bellows hydroforming is completed quickly. It is of practical significance.
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG394

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本文編號：2040913