[發(fā)明專利]一種交變載荷下基于3D本構(gòu)模型擺輾效應(yīng)分析方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810356678.1
• 申請(qǐng)日: 2018-04-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108664709A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉崢;蔡改貧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江西理工大學(xué)南昌校區(qū)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 重慶市信立達(dá)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50230
• 代理人: 包曉靜

本發(fā)明屬于機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種交變載荷下基于3D本構(gòu)模型擺輾效應(yīng)分析方法，利用MATLAB軟件對(duì)振動(dòng)擺動(dòng)輾壓粘彈塑性本構(gòu)模型進(jìn)行3D體積效應(yīng)和表面效應(yīng)分析，通過(guò)多參數(shù)耦合模擬振動(dòng)擺動(dòng)輾壓過(guò)程中的接觸邊界對(duì)三維接觸問(wèn)題進(jìn)行描述；利用彈性力學(xué)中的廣義胡克定律及塑性力學(xué)中的增量理論分別推導(dǎo)了粘彈性空間矩陣及粘塑性空間矩陣，并以此建立振動(dòng)擺動(dòng)輾壓成形中的表面效應(yīng)分析模型；通過(guò)提出合理的假設(shè)，對(duì)在不同振型參數(shù)下的振動(dòng)擺動(dòng)輾壓模型進(jìn)行有限元模擬分析及表面效應(yīng)分析。本發(fā)明揭示了振動(dòng)輾壓成形機(jī)理，完善三維本構(gòu)模型下材料振動(dòng)輾壓成形過(guò)程分析，對(duì)建立振動(dòng)輾壓成形設(shè)備具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種交變載荷下基于3D本構(gòu)模型擺輾效應(yīng)分析方法。

背景技術(shù)

目前，業(yè)內(nèi)常用的現(xiàn)有技術(shù)是這樣的：

隨著機(jī)械制造行業(yè)的飛速發(fā)展，振動(dòng)擺動(dòng)輾壓精密成形技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視。由于擺動(dòng)輾壓具有能耗低、成形精度高、噪聲小、投資少等特點(diǎn)，因此受到世界各國(guó)的普遍重視并且在實(shí)際生產(chǎn)得到了越來(lái)越廣的應(yīng)用。但由于其成形運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，人們對(duì)該技術(shù)還沒(méi)有形成規(guī)律性的認(rèn)識(shí)，在理論方面迄今仍是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，有關(guān)的生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題缺乏有效的理論指導(dǎo)，許多生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題只能采用試驗(yàn)和累積經(jīng)驗(yàn)的方法在實(shí)踐中探索加以解決，這些在很大程度上限制了擺動(dòng)輾壓工藝的應(yīng)用與發(fā)展。

振動(dòng)作為自然界物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種基本形式，振動(dòng)理論在機(jī)械工程及材料工程的宏觀領(lǐng)域內(nèi)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。20世紀(jì)50年代，奧地利維也納大學(xué)B.Langernecker在測(cè)試單晶體的屈服強(qiáng)度時(shí)發(fā)現(xiàn)，測(cè)試結(jié)果與載重汽車從實(shí)驗(yàn)室旁邊經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)影響很大。由此引發(fā)了他后來(lái)探索機(jī)械振動(dòng)對(duì)金屬塑性變形的影響，并隨后發(fā)表了鋅晶體拉伸實(shí)驗(yàn)中附加超聲振動(dòng)后金屬具有較強(qiáng)的軟化現(xiàn)象的分析簡(jiǎn)報(bào)。繼F.Blaha和B.Langernecker的研究工作以后，美國(guó)、德國(guó)、日本和前蘇聯(lián)等國(guó)家相繼展開(kāi)了附加振動(dòng)(尤其是超聲振動(dòng))條件下的金屬塑性成形理論與應(yīng)用分析。因此，振動(dòng)塑性加工工藝和技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

作為單元技術(shù)的擺動(dòng)輾壓新技術(shù)和振動(dòng)技術(shù)，各自均得到了不同程度的發(fā)展和應(yīng)用。為了克服擺動(dòng)輾壓的不足，可以嘗試將友鄰科學(xué)和工程技術(shù)——機(jī)械振動(dòng)理論及工程技術(shù)與擺動(dòng)輾壓工藝相結(jié)合，也就是將振動(dòng)附加到擺動(dòng)輾壓工藝中，由此形成振動(dòng)擺動(dòng)輾壓新技術(shù)。振動(dòng)擺動(dòng)輾壓是在常規(guī)擺輾的基礎(chǔ)上，將某一特定頻率而且又有規(guī)律波形的擺輾力沿指定方向施加到工件—模具振動(dòng)系統(tǒng)上。將機(jī)械振動(dòng)引入金屬的塑性加工，可以降低材料變形所需的外力。產(chǎn)生這種效果的原因有兩個(gè)方面，一方面是體積效應(yīng)，另一方面是表面效應(yīng)。

擺動(dòng)輾壓技術(shù)最早起源于美國(guó)，斯里克早在1918年首先提出了擺輾技術(shù)，并且制成了以他的名字命名的Slick軋機(jī)，并于1920年獲得美國(guó)專利。隨后，英國(guó)的馬賽提出了擺輾運(yùn)動(dòng)的基本構(gòu)想，于1929年取得英國(guó)專利。直到1966年馬賽公司才生產(chǎn)出一臺(tái)700KN的擺輾機(jī)。波蘭華沙理工大學(xué)馬爾辛尼教授于1967年發(fā)明出四軌跡PXW型擺輾機(jī)并由華沙機(jī)械科學(xué)研究院設(shè)計(jì)。繼波蘭之后，瑞士Schmid公司80年代和日本Mori公司90年代相繼生產(chǎn)出具有四種軌跡的擺輾機(jī)作為商品出售。

我國(guó)從1972年就開(kāi)始擺動(dòng)輾壓研究工作。最早是上海電機(jī)鍛造廠研制出單軌跡擺輾機(jī)，主要用于汽車半軸的熱擺輾成形。接著武漢汽車齒輪廠試制成功第一臺(tái)120KN立式擺輾試驗(yàn)機(jī)。近年來(lái)，江西理工大學(xué)對(duì)擺動(dòng)輾壓進(jìn)行了初步探討，并在常規(guī)擺動(dòng)輾壓技術(shù)上引入了振動(dòng)，研制出了一臺(tái)對(duì)摩托車節(jié)油器中的內(nèi)花鍵套進(jìn)行擺動(dòng)輾壓加工的縱向振動(dòng)擺輾試驗(yàn)機(jī)，使得擺輾技術(shù)有了新的飛躍。此外，該校還在對(duì)振動(dòng)擺輾機(jī)進(jìn)行PLC控制方面作了深入分析并取得很大成果，這為擺動(dòng)輾壓技術(shù)的發(fā)展和推廣提供了廣闊的空間。