车轮摆辗成形数值模似分析

论文摘要

摆动辗压技术是上世纪出现的一种新的压力加工方法,由于它具有省力、省材料等诸多优点,各国均投入大量人力、物力参与摆辗技术的研究。火车车轮摆动辗压成形技术是一种新型的车轮加工技术,与普通加工方法相比具有材料利用率高、成形件机械性能好和成形尺寸精度高等诸多优点,未来将有相当广泛的应用和发展空间。根据铁路车轮原型,利用三维成型软件UG对车轮及摆辗加工上、下模具进行实体造型,得到车轮摆动辗压成形的成形坯料及模具模型,为摆辗成形有限元模拟分析提供了前提条件本文基于刚塑性有限元理论,建立车轮摆辗成形的有限元分析数值模型。利用有限元分析模拟软件Deform-3D,应用三维刚塑性有限元算法对车轮摆动辗压成形过程进行模拟分析,得出铁路车轮摆辗成形过程中金属坯料的填充规律和金属流动特点,重点研究了不同毛坯形状对车轮成形质量的影响,通过对不同毛坯成形过程分析,得出摆辗加工车轮最优毛坯形状,并且对最优毛坯进行数值模拟分析,得出优选毛坯等效应力分布规律和摆辗模具受力情况,最后与模锻时模具受力进行比较,为实际摆辗成形提供理论依据。随着我国铁路的大发展,对实验室内滚动试验台需求量也越来越大,轨道轮在数量上以及种类上的需求也相应增加,传统加工方法已不能满足需求。本文建立Deform-3D数值模拟模型,结合车轮成形规律分析模拟轨道轮摆辗加工时的金属流动规律。探索性地研究了利用摆辗技术加工滚动试验台轨道轮的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 传统车轮加工方法
• 1.1.2 车轮加工新方法
• 1.2 摆动辗压概况
• 1.3 塑性加工法
• 1.4 模拟加工工艺的分析模型
• 1.5 选题的背景和意义
• 1.6 主要研究目的和内容
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 拟解决的关键问题
• 1.7 本章小结
• 第2章 摆辗理论
• 2.1 引言
• 2.2 摆辗的工作原理特点及分类
• 2.2.1 摆辗工作原理
• 2.2.2 摆辗工艺特点
• 2.2.3 摆辗在锻压行业应用
• 2.3 摆辗研究概况
• 2.3.1 国外摆辗技术发展概况
• 2.3.2 国内摆辗技术发展概况
• 2.4 摆辗的宏观变形机制探讨
• 2.4.1 主动变形区的变形
• 2.4.2 被动变形区的变形
• 2.5 摆辗的力能参数
• 2.5.1 接触面积
• 2.5.2 摆头电机功率
• 2.6 摆辗的运动分析
• 2.7 摆辗工艺参数
• 2.7.1 摆头倾角
• 2.7.2 每转压下量
• 2.7.3 摆头转速
• 2.8 本章小结
• 第3章 塑性有限元
• 3.1 引言
• 3.2 有限元法概述
• 3.3 刚塑性有限元法
• 3.3.1 刚塑性有限元概述
• 3.3.2 刚塑性材料的基本假设
• 3.3.3 刚塑性材料的边值问题
• 3.3.4 广义变分原理
• 3.3.5 Lagrange乘子法
• 3.3.6 罚函数法
• 3.3.7 刚塑性有限元求解列式
• 3.3.8 摩擦力计算模型
• 3.3.9 刚塑性有限元计算的几个问题
• 3.3.10 有限元应用中的若干问题说明
• 3.4 有限元软件介绍
• 3.5 摆辗成形有限元分析流程
• 3.6 本章小结
• 第4章 车轮建模及成形模拟前处理
• 4.1 引言
• 4.2 车轮摆辗成形有限元模型的建立
• 4.3 数值模拟前处理
• 4.3.1 摆辗过程模拟的初始条件
• 4.3.2 摆辗工艺参数的选择
• 4.3.3 摆头运动设置
• 4.4 本章小结
• 第5章 摆辗数值模拟
• 5.1 引言
• 5.2 有限元数值模拟结果及分析
• 5.2.1 车轮摆辗模拟充填效果图
• 5.2.2 车轮摆辗成形模拟金属流动规律
• 5.2.3 毛坯模拟结果优选
• 5.2.4 优选毛坯金属流动速度分布
• 5.2.5 等效应力分布
• 5.2.6 模具受力分析
• 5.2.7 进给速度对摆辗力的影响
• 5.3 本章小结
• 第6章 轨道轮摆辗数值模拟分析
• 6.1 前言
• 6.2 轨道轮传统加工方法
• 6.3 轨道轮摆辗模型建立及数值模拟前处理分析
• 6.3.1 轨道轮摆辗分析模型建立
• 6.3.2 轨道轮摆辗参数设置
• 6.3.3 轨道轮材料模型输入
• 6.4 轨道轮摆辗数值模拟分析
• 6.4.1 轨道轮成形效果
• 6.4.2 轨道轮成形金属流动规律
• 6.5 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文及参加的科研项目