發(fā)布時間：2017-08-06 10:23

  本文關(guān)鍵詞：高速列車用7N01高強(qiáng)鋁合金橫梁型材擠壓流動規(guī)律研究及模具優(yōu)化設(shè)計

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【摘要】：近年來,高速列車發(fā)展迅猛,速度等級不斷提升,車體輕量化的需求十分迫切。鋁合金因具有重量輕、強(qiáng)度高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、耐腐蝕、外形美觀等優(yōu)點而成為高速列車制造的首選結(jié)構(gòu)材料。目前高速列車底架主要采用7N01鋁合金擠壓型材。7N01鋁合金屬于高強(qiáng)硬質(zhì)鋁合金,擠壓成形難度較大,目前國內(nèi)外文獻(xiàn)中針對7N01鋁型材擠壓成形工藝與模具結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的研究較少,該類鋁型材擠壓生產(chǎn)中還存在成品率低和模具壽命短等主要問題,在一定程度上限制了該類鋁合金型材的研發(fā)和應(yīng)用。因此,7N01鋁型材擠壓模具設(shè)計、工藝制定、產(chǎn)品質(zhì)量控制等關(guān)鍵問題迫切需要科學(xué)的開發(fā)手段。而科學(xué)的擠壓工藝和模具設(shè)計方法來源于對劇烈大變形擠壓過程中的材料變形機(jī)理、本構(gòu)關(guān)系、流動規(guī)律、工藝模具參數(shù)的影響規(guī)律等科學(xué)問題的深刻認(rèn)識和掌握,這些問題的解決將有助于提高7N01鋁型材擠壓的成品率、產(chǎn)品質(zhì)量及模具壽命。本文以高速列車7N01鋁合金橫梁型材為研究對象,采用數(shù)值模擬與實驗相結(jié)合的方法,測試了7N01鋁合金鑄錠的力學(xué)和熱物理性能參數(shù),建立了描述7N01鋁合金鑄錠高溫流變行為的Arrhenius本構(gòu)模型,通過對擠壓過程進(jìn)行數(shù)值模擬,研究了擠壓工藝參數(shù)對型材質(zhì)量、擠壓力及模具強(qiáng)度的影響規(guī)律,并分別采用響應(yīng)曲面方法和網(wǎng)格變形技術(shù)對模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。本論文的主要研究內(nèi)容和成果如下：(1)系統(tǒng)測試了7N01鋁合金鑄錠的力學(xué)和熱物理性能參數(shù)。通過熱壓縮實驗獲得了7N01鋁合金鑄錠在不同溫度和不同變形速度下的力-位移曲線,并采用逆向分析方法獲得了7N01鋁合金鑄錠材料的Arrhenius本構(gòu)模型參數(shù)。(2)基于HyperXtrude軟件,對7N01鋁合金橫梁型材擠壓全過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,通過與實際生產(chǎn)的料頭形狀、擠壓機(jī)出口處型材表面溫度歷史曲線及擠壓力歷史曲線進(jìn)行對比,兩者吻合良好,驗證了本項目所建立的本構(gòu)模型及數(shù)值模型的準(zhǔn)確性。(3)采用Taguchi實驗設(shè)計方法,研究了鑄錠直徑、擠壓速度、模具溫度、鑄錠預(yù)熱溫度及擠壓筒溫度對型材出口截面材料流動均勻性、擠壓力及模具所受最大應(yīng)力的影響規(guī)律,并確定了最優(yōu)的擠壓工藝參數(shù)組合,分析了擠壓工藝參數(shù)對型材出口截面材料流動均勻性、擠壓力及模具所受最大應(yīng)力影響程度的大小。(4)采用響應(yīng)曲面方法對導(dǎo)流室輪廓及高度尺寸進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,并在此基礎(chǔ)上,借助網(wǎng)格變形技術(shù),結(jié)合數(shù)值模擬與優(yōu)化算法,對導(dǎo)流室輪廓尺寸進(jìn)一步進(jìn)行了優(yōu)化。
【關(guān)鍵詞】：7N01鋁合金 鋁型材擠壓 逆向分析方法 擠壓模具 數(shù)值模擬 優(yōu)化設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG379
【目錄】：

• 摘要11-13
• Abstract13-15
• 第一章 緒論15-23
• 1.1 引言15
• 1.2 7N01鋁合金的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 鋁型材擠壓過程數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4 工藝參數(shù)對擠壓過程影響規(guī)律的研究現(xiàn)狀18
• 1.5 擠壓模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的研究現(xiàn)狀18-21
• 1.6 目前研究存在的主要問題21-22
• 1.7 本文的主要研究內(nèi)容22-23
• 第二章 7N01鋁合金材料性能研究與本構(gòu)模型確定23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 7N01鋁合金的化學(xué)成分23
• 2.3 7N01鋁合金力學(xué)和熱物理性能參數(shù)的測試23-27
• 2.3.1 力學(xué)性能參數(shù)的測試23-25
• 2.3.2 熱物理性能參數(shù)的測試25-27
• 2.4 7N01鋁合金本構(gòu)模型的研究27-33
• 2.4.1 材料準(zhǔn)備27-28
• 2.4.2 熱壓縮實驗28-29
• 2.4.3 本構(gòu)模型的提出29
• 2.4.4 逆向分析方法獲得7N01鋁合金本構(gòu)模型參數(shù)29-33
• 2.5 本章小結(jié)33-35
• 第三章 7N01鋁合金橫梁型材擠壓熱力耦合行為研究及實驗驗證35-43
• 3.1 引言35
• 3.2 HyperXtrude瞬態(tài)數(shù)值模型的建立35-38
• 3.2.1 幾何模型的建立35-37
• 3.2.2 有限元模型的建立37-38
• 3.3 數(shù)值模擬結(jié)果分析及實驗驗證38-42
• 3.3.1 擠壓過程中材料流動規(guī)律研究38-39
• 3.3.2 擠壓機(jī)出口處型材表面溫度變化規(guī)律分析39-40
• 3.3.3 型材擠壓所需載荷分析40-41
• 3.3.4 型材微觀組織觀察41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第四章 基于Taguchi方法的擠壓工藝參數(shù)影響規(guī)律研究43-61
• 4.1 引言43
• 4.2 實驗方案的確定43-46
• 4.2.1 評價指標(biāo)的選取43-44
• 4.2.2 影響因素的選取及因素水平的確定44
• 4.2.3 直交表44-46
• 4.3 擠壓工藝參數(shù)初始方案的模擬分析46-51
• 4.3.1 穩(wěn)態(tài)流動分析46-48
• 4.3.2 穩(wěn)態(tài)模具強(qiáng)度分析48-51
• 4.4 信噪比和變異數(shù)分析51-59
• 4.4.1 VRD的信噪比和變異數(shù)分析51-54
• 4.4.2 擠壓力的信噪比和變異數(shù)分析54-57
• 4.4.3 模具所受最大應(yīng)力的信噪比和變異數(shù)分析57-59
• 4.5 本章小結(jié)59-61
• 第五章 基于響應(yīng)曲面法和網(wǎng)格變形技術(shù)的擠壓模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計61-81
• 5.1 引言61
• 5.2 模具結(jié)構(gòu)的初始設(shè)計方案61-64
• 5.3 基于響應(yīng)曲面法的導(dǎo)流室尺寸優(yōu)化設(shè)計64-71
• 5.3.1 設(shè)計變量和響應(yīng)的確定64-65
• 5.3.2 Box-Behnken實驗設(shè)計65-68
• 5.3.3 響應(yīng)曲面模型的建立68-70
• 5.3.4 響應(yīng)曲面優(yōu)化及驗證70-71
• 5.4 基于網(wǎng)格變形技術(shù)的導(dǎo)流室輪廓尺寸優(yōu)化設(shè)計71-80
• 5.4.1 網(wǎng)格變形技術(shù)的簡單介紹71-72
• 5.4.2 借助網(wǎng)格變形技術(shù)的優(yōu)化流程72-73
• 5.4.3 形狀變量的創(chuàng)建73-76
• 5.4.4 響應(yīng)的創(chuàng)建76
• 5.4.5 數(shù)學(xué)模型的建立76-77
• 5.4.6 優(yōu)化算法的選擇77
• 5.4.7 優(yōu)化結(jié)果的分析77-80
• 5.5 本章小結(jié)80-81
• 第六章 結(jié)論與展望81-85
• 6.1 結(jié)論81-82
• 6.2 展望82-85
• 參考文獻(xiàn)85-93
• 致謝93-95
• 攻讀碩士學(xué)位期間完成的論文95-97
• 攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研項目97-98
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表98

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