基于有限元模拟的传统与连续等通道大应变技术研究

论文摘要

等通道转角挤压（Equal-Channel Angular Pressing,ECAP）等强烈塑性变形技术是制取超细晶或纳米晶体结构材料大幅提升材料性能的重要途径,是近年来的研究前沿热点。本文借助于DEFORM-3D有限元仿真软件对传统ECAP技术、多对轮驱动的高效连续ECA技术、管道的连续ECA成形制造技术进行了研究。其主要研究内容及结果如下:首先,对传统ECAP加工技术进行了深入研究,分析了摩擦系数、挤压速度的影响,获得了摩擦系数、挤压速度对材料ECAP形变的应变均匀性、应变大小、温升等的影响规律,建立了控制温升并获得大应变的ECAPI艺参数（挤压速度、摩擦系数）,仿真结果与试验结果具有很好的一致性。其次,首次提出了多对轮驱动的高效连续等通道转角（Equal-ChannelAngular,ECA）大应变技术。研究了驱动轮对数、驱动轮与工件间的摩擦系数、驱动轮转速、ECA模具拐角等对工件温升、打滑现象、驱动轮扭矩、能耗、应变大小等的影响规律,证明了该技术的可行性、先进性,发现了多对轮驱动相对于单对轮驱动在控制工件温升、避免打滑、分散扭矩、降低能耗等方面的诸多优异性。并与轧制技术进行了比较,分析了连续ECA的优缺点。以上研究为高效连续ECA技术的付诸实践提供了坚实的理论基础。最后,对管道的连续ECA挤压成形制造技术进行了研究。研究证明了多对轮驱动ECA技术用于成形制造高性能（如高强度）管道的可行性,并且发现应变量很大,宜采用多对驱动轮来进行驱动。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文的研究背景
• 1.2 传统ECAP技术
• 1.2.1 ECAP原理
• 1.2.2 ECAP工艺参数
• 1.2.3 仿真研究
• 1.3 传统连续等通道转角挤压技术
• 1.4 有限元方法数值模拟技术
• 1.5 本文的研究目的和内容
• 第二章 传统等通道转角挤压的研究
• 2.1 引言
• 2.2 建模与仿真
• 2.3 仿真结果及分析
• 2.3.1 应变均匀性
• 2.3.1.1 速度对应变均匀性的影响
• 2.3.1.2 摩擦系数对应变均匀性的影响
• 2.3.4 应变大小
• 2.3.5 载荷
• 2.3.6 温升
• 2.4 加工安全区域的建立
• 2.5 与实验结果的一致性
• 2.5.1 试验所用的ECAP模具
• 2.5.2 试验材料及状态
• 2.5.3 试验与组织性能测试方法
• 2.5.4 试验结果
• 2.6 结论
• 第三章 连续等通道转角挤压的研究
• 3.1 引言
• 3.2 建模
• 3.3 结果及参数优化
• 3.3.1 驱动轮对数的选择
• 3.3.2 装置的工作稳定性
• 3.3.3 模具转角F优化
• 3.3.4 摩擦系数及转速的优化
• 3.4 连续ECAP与轧制的比较
• 3.5 打滑形成机理及控制
• 3.6 结论
• 第四章 管道的连续ECA挤压制造模拟研究
• 4.1 引言
• 4.2 建模仿真
• 4.3 结果分析
• 4.3.1 应变大小
• 4.3.2 应变均匀性
• 4.3.3 载荷
• 4.3.4 打滑现象研究
• 4.4 结论
• 本文研究的总结
• 本文研究的创新点
• 需要进一步研究的工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文（成果）