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大锻件内部疏松缺陷锻造压实过程FEM分析

工程力学 2011年第9期28卷 245-250页

作者：黄华贵杜凤山许志强燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 燕山大学亚稳材料制备技术与科学重点实验室河北秦皇岛066004

通过分析大型铸钢锭内部疏松缺陷的物理性质和变形特征,将疏松缺陷视为多孔可压缩材料,利用多孔可压缩材料的刚塑性有限元方法,建立了Cr5型支承辊钢锻件内部疏松缺陷锻造压实过程的非线性有限元模型。通过数值模拟,研究了上下V型砧锻造... 详细信息

通过分析大型铸钢锭内部疏松缺陷的物理性质和变形特征,将疏松缺陷视为多孔可压缩材料,利用多孔可压缩材料的刚塑性有限元方法,建立了Cr5型支承辊钢锻件内部疏松缺陷锻造压实过程的非线性有限元模型。通过数值模拟,研究了上下V型砧锻造工艺下,疏松体缺陷的初始孔隙率、砧宽比、接触摩擦系数和压下量等因素对其致密压实效果的影响。在Gleeble-3500热模拟机上对具有人工制备内部疏松缺陷的圆柱体试件进行了单砧压下锻造实验,通过对疏松体变形致密过程的显微金相和密度分析,对有限元模拟结果进行了验证,两者吻合较好,为疏松缺陷压实效果预报与锻造成形工艺参数的制定提供了重要依据。

关键词：疏松缺陷多孔可压缩材料孔隙率锻造压实刚塑性有限元方法

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双金属复合管固-液铸轧复合轧制力模型研究

机械工程学报 2017年第10期53卷 10-17页

作者：黄华贵季策杜凤山燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心秦皇岛066004

以传统双辊铸轧技术为基础,提出一种双金属复合管固-液铸轧复合近终成形工艺,利用专门的环形布流器,将液态覆层组元金属均匀地注入铸轧辊圆孔型与芯管基材所构成的环形结晶器内,利用快速凝固与轧制复合技术,将覆层金属均匀包覆于芯管基... 详细信息

以传统双辊铸轧技术为基础,提出一种双金属复合管固-液铸轧复合近终成形工艺,利用专门的环形布流器,将液态覆层组元金属均匀地注入铸轧辊圆孔型与芯管基材所构成的环形结晶器内,利用快速凝固与轧制复合技术,将覆层金属均匀包覆于芯管基材表面。为揭示铸轧区内铸轧辊-覆层金属-芯管基材间的相互作用力学行为,利用Fluent软件对环形结晶器内覆层金属凝固过程进行热-流耦合分析,确定固相轧制复合变形计算区域。假设芯管基材为刚性体,可将固相轧制复合变形阶段视为纯减壁的带芯棒轧管过程,并依此推导固-液铸轧复合过程的轧制力工程计算公式,给出各参数的取值方法。在实验室条件下成功制备了外径38 mm、基层与覆层厚度均为4 mm的不锈钢/铝复合管,轧制力实测值与模型计算结果基本吻合,验证了工程计算公式的可靠性。研究成果对复合管固-液铸轧复合装备及工艺设计提供了理论依据。

关键词：双金属复合管固-液铸轧复合环形结晶器热-流耦合轧制力计算模型

铜包钢棒多辊固-液铸轧复合工艺布流区界面传热行为

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中国有色金属学报 2022年第9期32卷 2568-2579页

作者：季策黄华贵杨家辉燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心秦皇岛066004 燕山大学机械工程学院秦皇岛066004

金属包覆材料多辊固-液铸轧复合工艺集固-液铸轧复合技术与多辊孔型轧制技术的优势为一体,可以实现高效率、短流程连续成形。为了通过数值模拟技术缩短工艺开发周期,针对布流区内钢/铜固-液界面传热问题,基于一维非稳态传热原理反求界... 详细信息

金属包覆材料多辊固-液铸轧复合工艺集固-液铸轧复合技术与多辊孔型轧制技术的优势为一体,可以实现高效率、短流程连续成形。为了通过数值模拟技术缩短工艺开发周期,针对布流区内钢/铜固-液界面传热问题,基于一维非稳态传热原理反求界面换热系数,拟合了其与钢侧表面温度相关的计算模型,推导了差分计算模型并利用Visual Basic软件编制了计算程序,分析了工艺参数对基体温度分布的影响规律。结果表明:基体经过布流区后,表面温度高,芯部温度低,有利于同时获得较高表面温度和足够基体强度;在工艺参数常规调整范围内,覆层温度对基体温度影响较小,名义铸轧速度、覆层高度、基体半径对基体温度影响较为显著。就工艺控制角度而言,只有覆层高度可根据需要在较大范围内进行调整,从而调控铸轧区入口处的基体温度。

关键词：铜包钢固-液界面铸轧复合传热换热系数

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泡沫铝填充钢/铝复合管轴向抗冲击吸能特性

哈尔滨工程大学学报 2017年第7期38卷 1093-1099页

作者：王巍安子军彭春彦黄华贵燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004

为揭示泡沫铝填充复合材料的力学行为,本文以泡沫铝填充钢/铝复合管(Al-Foam filled clad tube,简称AlFFCT)为研究对象,采用多孔泡沫材料Crushable-foam本构模型,在ABAQUS平台上模拟分析了泡沫铝孔隙率、高径比、径厚比、界面结合状态... 详细信息

为揭示泡沫铝填充复合材料的力学行为,本文以泡沫铝填充钢/铝复合管(Al-Foam filled clad tube,简称AlFFCT)为研究对象,采用多孔泡沫材料Crushable-foam本构模型,在ABAQUS平台上模拟分析了泡沫铝孔隙率、高径比、径厚比、界面结合状态和复合管层厚比等材料和结构参数对AI-FFTC吸能特性的影响。结果表明:泡沫铝孔隙率低于90%时,Al-FFCT的冲击屈曲模态均为轴对称变形,与结构参数无关;泡沫铝与复合管以及复合管组元间界面结合状态和层厚比对结构变形协调性和整体的抗冲击能力具有显著影响,可通过上述多个结构参数的组合匹配,实现综合吸能特性的柔性定制,比传统的泡沫铝填充管具有更大的设计空间,为汽车保险杠、吸能盒等缓冲结构设计提供了新的轻量化材料。

关键词：泡沫铝填充钢/铝复合管结构参数轴向冲击 Cmshable-foam 本构模型吸能特性孔隙率泡沐铝复合管

界面涂层对厚规格热轧钢/铝复合板界面结构与力学性能的影响

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机械工程学报 2019年第14期55卷 30-36页

作者：黄华贵赵阳王超燕猛燕山大学国家冷轧板带装备及工艺技术工程研究中心

针对厚规格钢/铝复合板坯料厚度大、组元差异显著、难以直接轧制复合等特点,采用等离子涂覆技术与热轧复合工艺相结合成功制备了厚规格钢/铝复合板,通过结合界面剪切强度测试和SEM、EDS等检测方法,分别探究了轧制道次、温度与压下率对... 详细信息

针对厚规格钢/铝复合板坯料厚度大、组元差异显著、难以直接轧制复合等特点,采用等离子涂覆技术与热轧复合工艺相结合成功制备了厚规格钢/铝复合板,通过结合界面剪切强度测试和SEM、EDS等检测方法,分别探究了轧制道次、温度与压下率对界面结构与力学性能的影响规律。结果表明,与直接轧制复合相比,经表面喷涂处理后的界面结合强度明显提高,且拉剪断裂面均位于钢与涂层界面。在单道次轧制条件下,随着轧制压下率增加,钢/涂层的微观界面得到改善,界面结合强度逐渐提高。在400~500℃范围内,钢/铝界面扩散层厚度随轧制温度提高呈增加趋势、界面结合强度先增大后减小。由于变形的不协调性,增加轧制道次会破坏前一道次界面复合结果,导致结合强度剧烈下降。当轧制温度为450℃、单道次压下率为40%时,钢/铝复合板界面剪切强度达66 MPa,符合相关标准要求。研究成果为厚规格钢/铝复合板生产制备提供了一种新途径。

关键词：厚规格钢/铝复合板等离子喷涂热轧复合工艺微观组织力学性能

铜包钢棒三辊固-液铸轧复合工艺侧耳产生原因及调控策略

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塑性工程学报 2023年第2期30卷 79-87页

作者：季策黄华贵太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 太原理工大学先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心山西太原030024 燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004

融合固-液铸轧复合技术和多辊孔型轧制技术,提出了金属包覆材料的三辊固-液铸轧复合工艺,为了解决封闭孔型内覆层金属变形过程中产生的边部侧耳问题,以铜包钢棒为研究对象,基于DEFORM软件建立了三维有限元仿真模型,分析了间隙类型和凝... 详细信息

融合固-液铸轧复合技术和多辊孔型轧制技术,提出了金属包覆材料的三辊固-液铸轧复合工艺,为了解决封闭孔型内覆层金属变形过程中产生的边部侧耳问题,以铜包钢棒为研究对象,基于DEFORM软件建立了三维有限元仿真模型,分析了间隙类型和凝固点对边部侧耳的影响规律。结果表明,边部侧耳的产生根源是铸轧区的配合间隙,并且受凝固点影响显著;间隙类型为组合间隙时,变形区内的连续挤压区是形成大量连续边部侧耳的主要原因,通过提高设备装配精度和调控凝固点位置可以有效抑制边部侧耳的形成。此外,利用铸轧辊系和仿形侧封构建组合孔型可以实现边部侧耳几何结构的精细调控,有望将其作为翅片结构起到强化作用,用于制备热交换纵翅复合管。

关键词：金属包覆材料铜包钢棒固-液铸轧复合边部侧耳成形机理

大型支承辊锻件内部夹杂性缺陷形成机理的FEM分析

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中国机械工程 2009年第4期10卷 477-481页

作者：黄华贵杜凤山张芳燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室秦皇岛066004

以大型Cr5钢支承辊锻件为对象,通过分析大型钢锭内部夹杂物种类及其变形特性,并考虑夹杂物与钢锭几何尺寸的实际比例关系,采用在钢锭内部分别预置球形塑性夹杂物和硬质夹杂物的方法,建立了大型钢锭高温锻造过程的非线性有限元模型。模... 详细信息

以大型Cr5钢支承辊锻件为对象,通过分析大型钢锭内部夹杂物种类及其变形特性,并考虑夹杂物与钢锭几何尺寸的实际比例关系,采用在钢锭内部分别预置球形塑性夹杂物和硬质夹杂物的方法,建立了大型钢锭高温锻造过程的非线性有限元模型。模拟结果表明:在锻造过程中,塑性夹杂物与钢锭基体金属协调变形,其三维形态呈"球形→椭球→扁平、细长片状"演变规律。结合硬质夹杂物周围基体金属流动规律、应力应变分布和物理模拟试验结果,对夹杂性裂纹缺陷的形成机理进行了分析,并给出了砧宽比和V形砧夹角对缺陷形态的影响规律。

关键词：大锻件支承辊夹杂物夹杂性缺陷有限元方法

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大锻件微孔隙下的氢压模型及其应力场

工程力学 2013年第4期30卷 345-349页

作者：杜凤山范俊锴黄华贵李杰李源燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004 a燕山大学亚稳态材料制备技术与科学重点实验室河北秦皇岛066004

基于氢压理论与Griffith理论,通过分析大锻件内微孔隙的来源,建立了大锻件微孔隙在氢压下的有限元分析模型。通过数值模拟,对不同形态下的微孔隙在氢压下的应力场进行了对比分析,结果表明大锻件内原始孔洞萌生白点的可能性极小,但随着... 详细信息

基于氢压理论与Griffith理论,通过分析大锻件内微孔隙的来源,建立了大锻件微孔隙在氢压下的有限元分析模型。通过数值模拟,对不同形态下的微孔隙在氢压下的应力场进行了对比分析,结果表明大锻件内原始孔洞萌生白点的可能性极小,但随着孔洞变形量的增大,在垂直于孔洞压下变形主方向的平面上,白点萌生的可能性大大提高。此外,片状裂纹上最大张应力所处的位置表明,氢压下不规则裂纹有向圆形扩展的趋势,这就解释了为何在锻件截面上观察到的白点多为圆形或椭圆形。研究结果为大锻件白点萌生的力学研究奠定了理论基础。

关键词：微孔隙氢压模型应力场白点有限元方法

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双金属复合管复合机理及制备工艺研究进展

特种铸造及有色合金 2018年第12期38卷 1300-1306页

作者：季策黄华贵燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心燕山大学机械工程学院

总结了双金属复合管界面结合机理,系统介绍了目前国内外双金属复合管的主要制备工艺,并且根据初始时基体与覆层金属物理状态的不同,将现有制备工艺分为固-固相复合法、固-液相复合法、液-液相复合法以及其他复合法。对比分析了各种制备... 详细信息

总结了双金属复合管界面结合机理,系统介绍了目前国内外双金属复合管的主要制备工艺,并且根据初始时基体与覆层金属物理状态的不同,将现有制备工艺分为固-固相复合法、固-液相复合法、液-液相复合法以及其他复合法。对比分析了各种制备工艺的成形原理和主要特点,最后结合发展现状及未来工业应用需求,对双金属复合管工业化进程中将面临的问题进行了展望。

关键词：双金属复合管固-固相复合固-液相复合液-液相复合