无缝管斜轧延伸过程无网格数值模拟

论文摘要

斜轧延伸是金属斜轧成形过程的重要环节。近年来，无网格方法的发展为模拟斜轧成形过程提供了条件。采用无网格法模拟轧制成形过程，并对其速度场、应变场、应力场进行分析已成为目前轧制成形领域研究的热点。本文首先探讨了无网格点插值方法（PIM），文中应用微压缩刚塑性材料的流动法则，研究了局部径向点插值法(LRPIM)，给出了金属成形过程的局部径向点插值法公式；其次，将全局径向点插值法(RPIM)应用于刚塑性可压缩材料的斜轧过程，根据刚塑性变形理论和刚塑性材料变分原理，得到斜轧过程的系统能量泛函，导出能量速率泛函各部分的变分，形成了离散控制方程，建立了基于RPIM的斜轧过程三维计算模型；编制了斜轧延伸过程的RPIM分析程序，并运用自编程序对斜轧延伸过程进行数值模拟，得到斜轧变形区的金属流动、速度场、应变场和应力场等结果；在轧管机上进行实验，得到斜轧延伸过程中的力能参数、外形参数；最后，比较RPIM分析结果与实验数据及有限元模拟结果，说明RPIM模拟斜轧延伸过程的可行性和有效性。结果表明，RPIM法所得的斜轧变形区的金属流动、速度场、应变场和应力场与有限元模拟结果趋势吻合，RPIM法所得的力能参数和外形参数与实验结果趋势相符，表明文中所述RPIM法分析斜轧过程的可行性和正确性。本文研究表明，RPIM法具有求解大变形的优点，不但可以模拟斜轧延伸过程，也可用于其它斜轧过程的数值模拟。因此，本文为金属斜轧成形研究提供了一种有效的数值分析方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无网格方法在金属成形过程模拟中的应用现状
• 1.2.1 无网格法简述
• 1.2.2 无网格方法在金属成形领域的应用
• 1.3 课题的研究意义与本文主要内容
• 1.3.1 课题的研究意义
• 1.3.2 本文主要内容与创新之处
• 第2章 斜轧及刚塑性相关理论
• 2.1 斜轧过程简介
• 2.2 塑性变形流动法则
• 2.3 刚塑性相关问题
• 2.3.1 Lagrange 乘数法
• 2.3.2 罚函数法
• 2.3.3 可压缩法
• 2.4 刚塑性材料模型
• 2.4.1 刚塑性材料模型基本假设
• 2.4.2 刚塑性可压缩材料模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 金属塑性成形过程的无网格点插值方法研究
• 3.1 无网格径向点插值法（RPIM）基本原理
• 3.2 无网格局部径向点插值法（LRPIM）及其在金属成形过程的的应用
• 3.3 LRPIM 法算例分析
• 3.3.1 等效应变场分析
• 3.3.2 载荷-位移关系
• 3.3.3 速度场分析
• 3.4 小结
• 第4章 基于斜轧过程的无网格径向点插值法三维模型
• 4.1 斜轧径向点插值法模型
• p的变分'>4.1.1 泛函Φ_p的变分
• F的变分'>4.1.2 泛函Φ_F的变分
• ZF的变分'>4.1.3 泛函Φ_ZF的变分
• S的变分'>4.1.4 泛函Φ_S的变分
• 4.2 离散控制方程的建立
• 4.3 算法流程
• 4.4 本章小结
• 第5章 斜轧延伸过程的无网格 RPIM 法数值模拟
• 5.1 斜轧延伸变形过程概述
• 5.2 斜轧延伸过程计算模型的建立
• 5.3 延伸过程 RPIM 数值模拟模型
• 5.4 模拟结果分析
• 5.4.1 速度场分布
• 5.4.2 应变场分布
• 5.4.3 应力场分布
• 5.5 模拟值与实验结果比较
• 5.5.1 力能参数
• 5.5.2 变形区几何构形、外形参数
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
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