铜铝复合管成形数值模拟及电流通过截面分布规律

论文摘要

本文是针对纯铜成本高、铜资源短缺而开展了用铜包铝双层金属棒替代的研究工作。利用Ansoft-Maxwell2D软件对纯铜棒的导电性能进行了分析,得到了电流沿截面的分布规律,从而为铜包铝双层金属代替纯铜棒提供了理论依据。并利用大型体积塑性成形模拟软件Deform-3D对铜-铝双金属拉拔复合成形过程进行了分析,从而成功的实现了对拉拔工艺参数的优化。首先,对电磁场应用理论进行了分析,采用麦克斯韦方程组在电磁场数值分析,找出了适合本实验应采用的涡流场求解器。通过数值分析结果表明,纯铜棒加载电流时,表层的电流密度高于内部,而且电流频率越高,表层电流密度高于内部的现象越明显,表层电流密度至少是中心电流密度的3倍,趋肤深度在1毫米左右。其次,采用外径和壁厚为Φ22mm×1mm的纯铜管与铝棒进行拉拔复合,工件采用弹塑性模型,通过模拟结果调整工艺参数,提出了优化方案。通过建立正交试验表进行全面分析。通过改变内外层金属之间的摩擦系数、模具与外层金属之间的摩擦系数,找到了它们对衡量复合效果的指标相对滑移量的影响规律;通过对复合管的导电特性的数值计算,模拟出电流密度沿界面的分布规律;改变复合管尺寸组合、电流幅值和频率,得到不同条件下电流的分布规律:又根据“趋肤效应”,找到铜铝复合管的导电特性最接近于纯铜的合理壁厚。采用本课题优化后的工艺通过实际试验进行检验,实验材料用T2纯铜管和L03纯铝棒进行拉拔复合,在液压式万能试验机上对不同条件下的拉拔力进行了实际测量,与采用上限理论对拉拔力进行计算结果相比较,结果吻合较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 金属复合材料的研究现状
• 1.2 金属复合材料的生产工艺
• 1.2.1 直接轧制法
• 1.2.2 爆炸制坯-轧制法
• 1.2.3 烧结法
• 1.2.4 铸轧复合法
• 1.2.5 反向凝固法
• 1.2.6 电磁连铸复合法
• 1.3 铜-铝复合材料在国内外的研究动态
• 1.3.1 铜铝的性质
• 1.3.2 复合材料研究动态
• 1.3.3 铜铝板材冷轧复合研究现状
• 1.4 金属复合材料的发展前景
• 1.4.1 现有工艺方法的不足
• 1.4.2 金属复合材料的发展方向
• 1.5 铜铝复合材料的应用及其前景
• 1.6 拉拔方法制备铜铝复合管
• 1.6.1 拉拔的概念
• 1.6.2 拉拔的分类
• 1.6.3 拉拔的特点
• 1.6.4 拉拔时的变形指数
• 1.6.5 实现拉拔过程的基本条件
• 1.6.6 拉拔力的理论计算及其影响因素
• 1.7 本课题的主要研究内容
• 第二章 复合成形过程数值模拟基本理论和分析处理方法
• 2.1 采用DEFORM软件模拟铜铝复合成形过程
• 2.1.1 软件简介
• 2.1.2 Deform系统结构
• 2.1.3 Deform的功能
• 2.1.4 Deform-3D
• 2.2 应用理论
• 2.4.1 弹性本构关系
• 2.4.2 流动理论
• 2.4.3 Levy-Mises本构方程
• 2.4.4 Prantle-Reuss本构方程
• 第三章 铜铝复合管内涡流场分析理论
• 3.1 Maxwell软件介绍
• 3.1.1 Maxwell软件的概述
• 3.1.2 Maxwell 2D电磁分析模块的分类
• 3.1.3 电磁场求解的边界条件
• 3.2 Maxwell软件的应用理论
• 第四章 纯铜棒的导电性分析
• 第五章 铜铝复合管成形的前处理过程
• 5.1 实体模型的导入及进入前处理
• 5.2 网格划分
• 5.3 定义材料
• 5.4 设定速度
• 5.5 数值模拟参数设定
• 5.6 摩擦因子和公差的生成
• 5.7 生成数据库和运行模拟
• 第六章 工艺参数优化设计及模拟结果比较
• 6.1 模拟条件
• 6.2 模拟结果与分析
• 6.3 优化结果
• 6.3.1 拉拔复合成形过程工艺参数优化
• 6.3.2 由复合管的电学特性确定最佳壁厚
• 第七章 验证结果与分析
• 7.1 试验材料与设备
• 7.2 拉拔力的理论计算
• 第八章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢