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异径铝合金薄壁圆管的加热塑性连接方法与模具设计

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第2期52卷 276-283页

作者：吴航宇余海燕同济大学汽车学院上海201804

铝合金薄壁管在轴向压缩连接时开裂导致连接失效。为提高铝合金的压缩塑性成形性,进行了可加热的不等径管塑性连接模具设计。利用有限元软件对加热塑性连接过程中模具的热应力和热传递进行了数值模拟,用正交试验法对模具散热系统结构参... 详细信息

铝合金薄壁管在轴向压缩连接时开裂导致连接失效。为提高铝合金的压缩塑性成形性,进行了可加热的不等径管塑性连接模具设计。利用有限元软件对加热塑性连接过程中模具的热应力和热传递进行了数值模拟,用正交试验法对模具散热系统结构参数进行了分析,并进行了模具制作和不等直径铝合金管的连接接头试制。结果表明,20℃和600℃下模具的最大应力均低于模具材料对应温度下的屈服强度,满足钢、铝金属材料的加热塑性连接工艺需求。设计的散热系统可有效减缓模具热量向拉伸机的传递。300℃下该模具成功将Φ44和Φ30的两铝合金管进行了连接。说明了模具设计的合理性和连接工艺的可行性。为后续的工程应用提供指导。

关键词：塑性连接薄壁管轴向失稳模具设计

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基于虾螯的仿生多胞薄壁管耐撞性分析及优化

吉林大学学报（工学版） 2022年第3期52卷 716-724页

作者：黄晗闫庆昊向枳昕杨鑫涛陈金宝许述财南京航空航天大学航天学院南京211106 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084

为提高薄壁吸能结构的耐撞性,基于雀尾螳螂虾螯的微观结构,提出了一种新型含“人”字形仿生单元的多胞薄壁管结构。通过有限元模型仿真分析了不同碰撞角度θ(0°、10°、20°和30°)条件下,仿生单元高宽比η(单元高度A与宽度λ的比值)... 详细信息

为提高薄壁吸能结构的耐撞性,基于雀尾螳螂虾螯的微观结构,提出了一种新型含“人”字形仿生单元的多胞薄壁管结构。通过有限元模型仿真分析了不同碰撞角度θ(0°、10°、20°和30°)条件下,仿生单元高宽比η(单元高度A与宽度λ的比值)对薄壁管耐撞性的影响。结果表明:轴向(θ=0°)和小角度斜向(θ=10°)载荷碰撞条件下,仿生薄壁管均呈现渐进折叠变形,且θ=10°的薄壁管具有较大的比吸能Es和碰撞力效率Cf,以及较小的初始峰值载荷Fp。通过复杂比例法评价了薄壁管的耐撞性,η值分别为0.6~1.0和1.5~1.7时的薄壁管具有较好的耐撞性,仿生单元高宽比η最优值为1.5。采用多目标优化方法和多目标粒子群优化算法对不同碰撞角度工况的薄壁管结构参数进行了优化,最优结果是壁厚t为0.75~1.2 mm、单元宽度λ为5.5~9.5 mm、初始峰值载荷为59.8 kN、比吸能最大值为13.28 kJ/kg,该薄壁管仿生设计方法和优化方法为吸能元件的轻量化设计提供了新思路。

关键词：工程仿生学薄壁管仿生结构耐撞性多目标优化

A286高温合金薄壁圆管局部梯度性能设计与实现

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金属热处理 2024年第4期49卷 244-250页

作者：王程民冯治国江玉莲陶亮莫宁宁贵州大学机械工程学院贵州贵阳550025 贵州省特色装备及制造技术重点实验室贵州贵阳550025

基于A286高温合金抽芯铆钉薄壁圆管退火的工艺要求,建立电磁场和温度场双向耦合的局部感应加热模型,研究电磁场和温度场的分布规律,然后进行了感应退火试验验证。结果表明,导磁体能够有效控制磁力线的分布,使用导磁体能够大幅度提高局... 详细信息

基于A286高温合金抽芯铆钉薄壁圆管退火的工艺要求,建立电磁场和温度场双向耦合的局部感应加热模型,研究电磁场和温度场的分布规律,然后进行了感应退火试验验证。结果表明,导磁体能够有效控制磁力线的分布,使用导磁体能够大幅度提高局部的磁通密度,进而提高加热效率。计算得到的温度梯度明显,表面温度分布曲线表现为两边低中间高的单峰曲线,退火后的硬度分布曲线则表现为两边高中间低的单峰曲线,低硬度区长约3.5 mm。对于退火后薄壁管的组织分布,非退火区呈现冷加工态组织,退火区的再结晶现象明显。

关键词：抽芯铆钉薄壁管 A286高温合金感应退火显微组织

通过嵌合管来增强负Poisson比结构的耐撞性能

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汽车安全与节能学报 2024年第3期15卷 329-336页

作者：建中聂冰冰孙会明黄健王良模高强南京理工大学机械工程学院南京210094 东南大学机械工程学院南京211189 清华大学智能绿色车辆与交通全国重点实验室(原汽车安全与节能国家重点实验室)北京100084 航天江南集团贵州550009

为了提高结构耐撞性,从而实现车辆轻量化,提出了一种嵌合管(由薄壁方形管嵌入双箭头格子而组成的)具有负Poisson比的增强型结构。通过负Poisson比的收缩效应,来增强负Poisson比结构和嵌合管的耦合作用。建立了增强型结构的有限元模型,... 详细信息

为了提高结构耐撞性,从而实现车辆轻量化,提出了一种嵌合管(由薄壁方形管嵌入双箭头格子而组成的)具有负Poisson比的增强型结构。通过负Poisson比的收缩效应,来增强负Poisson比结构和嵌合管的耦合作用。建立了增强型结构的有限元模型,并通过压缩试验,来验证其准确性;通过数值方法,在轴向载荷下,比较双箭头点阵结构、结构填充管和嵌合管负Poisson比增强型结构的耐撞性能,并进行了参数分析。结果表明:与双箭头点阵结构和填充管结构相比,增强型结构的总吸收能量为1.12 MJ,提升了约40%;比吸能13.2 kJ/kg,提升了约30%;短梁的夹角70°、长梁的夹角40°、长梁厚度1.4~1.6 mm、短梁厚度1.2 mm的结构填充管结构,具有较大的比吸能和较小的碰撞峰值力;增加嵌管厚度显著提升耐撞性能,但结构质量急剧增加,嵌管厚度达到1.2 mm左右时,兼顾耐撞性和轻量化的需求。

关键词：汽车被动安全车辆轻量化结构耐撞性负Poisson比薄壁管

水压爆破法应用下碳纤维复合材料薄壁管模量测试研究

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信息记录材料 2024年第6期25卷 39-41页

作者：姜昭斌张洪池刘清霞威海光威复合材料股份有限公司山东威海264202

本研究采用水压爆破法对碳纤维复合材料薄壁管的模量进行了测试研究,通过实验设计,制备了具有不同纤维体积分数的碳纤维复合材料薄壁管。利用水压爆破法对薄壁管进行了压力加载和爆破实验,通过对压力和变形数据的分析,得到碳纤维复合材... 详细信息

本研究采用水压爆破法对碳纤维复合材料薄壁管的模量进行了测试研究,通过实验设计,制备了具有不同纤维体积分数的碳纤维复合材料薄壁管。利用水压爆破法对薄壁管进行了压力加载和爆破实验,通过对压力和变形数据的分析,得到碳纤维复合材料薄壁管的拉伸强度、屈服强度和冲击性能的模量测试结果。测试结果表明:未改性的碳纤维拉伸强度约为372 GPA,而经过改性处理后,其强度得到增强;在界面剪切强度测试中,未改性的碳纤维在预释放阶段展现出的强度约为443 MPa,经过改性处理后,当转化层数为2时,剪切强度值最大;在冲击测试中,未改性的碳纤维复合材料的冲击形成功、裂纹扩展功和总冲击功分别为021 J、034 J和048 J,而经过转化后,这些数值均得到提高。说明应用了水压爆破法后,碳纤维复合材料薄壁管的拉伸强度、界面剪切强度以及抗冲击性能得到了显著的提升。

关键词：水压爆破法碳纤维复合材料薄壁管模量测试

6061铝合金薄壁管-法兰组合接头超低温局部胀-压连接规律

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锻压技术 2023年第5期48卷 25-30,110页

作者：程旺军张恒源刘伟高强孙耀宁新疆大学机械工程学院新疆维吾尔自治区乌鲁木齐830017 哈尔滨工业大学金属精密热加工国家级重点实验室黑龙江哈尔滨150001

为解决铝合金薄壁管与薄壁法兰的复杂结构难以高效连接的难题,提出了一种铝合金薄壁管与薄壁法兰超低温局部挤压塑性连接新方法,设计了超低温径向胀形和轴向压紧密封塑性连接模具。在室温和超低温(-196℃)下,数值模拟分析了铝管-塑料-... 详细信息

为解决铝合金薄壁管与薄壁法兰的复杂结构难以高效连接的难题,提出了一种铝合金薄壁管与薄壁法兰超低温局部挤压塑性连接新方法,设计了超低温径向胀形和轴向压紧密封塑性连接模具。在室温和超低温(-196℃)下,数值模拟分析了铝管-塑料-法兰连接件的中间密封层和胀形载荷对径向胀形和轴向压紧密封后连接件的壁厚分布及损伤因子的影响规律。结果表明:胀形载荷越大,轴向压紧密封外凸量越多,同时对材料的塑性要求越高;材料减薄主要发生在径向胀形阶段,相同条件下的外法兰损伤明显小于内管;超低温下试件抵抗损伤的能力明显高于室温,有效抑制了塑性连接件的破裂缺陷。该工艺对制造铝合金薄壁管与薄壁法兰高质量连接结构具有重要参考价值。

关键词：超低温局部挤压塑性连接薄壁管薄壁法兰胀形载荷

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基于内压法的锆合金薄壁管泊松比试验研究

中国测试 2023年

作者：赵兴华唐韵徐尹杰邢鲁贺云中国测试技术研究院

锆合金包壳管在核电应用中存在变形及破裂等问题，严重影响核电运行安全。为了更好的评价锆合金包壳管等薄壁管材受内压时的变形性能，给燃料组件的设计、计算、验证提供参考，设计了基于内压法的泊松比测试方法。根据薄壁圆筒受均匀内... 详细信息

锆合金包壳管在核电应用中存在变形及破裂等问题，严重影响核电运行安全。为了更好的评价锆合金包壳管等薄壁管材受内压时的变形性能，给燃料组件的设计、计算、验证提供参考，设计了基于内压法的泊松比测试方法。根据薄壁圆筒受均匀内压时的应力解，推导出基于内压加载的薄壁管泊松比理论公式。按照该理论公式设计合理的内压试验方法，采用该方法对N36锆合金薄壁管开展20℃～400℃下的泊松比试验，同时通过拉伸法进行相应温度下的对比试验。结果表明，内压试验方法可以有效获得不同温度下锆合金薄壁管的泊松比，且内压试验方法得到的锆合金薄壁管泊松比与拉伸法结果较为一致，相对误差均在2%以内。试验结果同时表明：N36锆合金薄壁管的泊松比随试验温度的增加呈增大趋势。

关键词：内压法锆合金薄壁管泊松比

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新型仿生薄壁管的耐撞性研究及优化

机械科学与技术 2023年

作者：柯彦舜卢玉斌侯玉波张凯然福州大学先进制造学院福建农林大学机电工程学院中国科学院海西研究院泉州装备制造研究中心

受雀尾螳螂虾螯撞击区域微观结构的启发，在传统正六边形薄壁管的基础上，提出一种新型薄壁吸能结构。通过试验测试和仿真分析，研究新型仿生薄壁结构的耐撞性能。研究结果表明新型仿生薄壁管的结构参数（顶角α、层级比例γ和壁厚T）... 详细信息

受雀尾螳螂虾螯撞击区域微观结构的启发，在传统正六边形薄壁管的基础上，提出一种新型薄壁吸能结构。通过试验测试和仿真分析，研究新型仿生薄壁结构的耐撞性能。研究结果表明新型仿生薄壁管的结构参数（顶角α、层级比例γ和壁厚T）对结构的耐撞性能有显著影响。同时，相同质量的新型仿生薄壁管与传统正六边形薄壁管相比较，比吸能和碰撞力效率分别提升了62.76%和55.90%。此外，结合响应面法和多目标粒子群优化算法对结构进行优化，并得到相应的Pareto前沿图。研究结果为薄壁结构的设计和优化提供指导。

关键词：薄壁管结构仿生耐撞性优化设计

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高频感应焊接铝合金薄壁管加热过程数值模拟

热加工工艺 2023年第21期52卷 55-59,67页

作者：冯唐福林冲董琳孙燕水武汉工程大学机电工程学院湖北武汉430205 湖北仕达维新材料科技有限公司湖北荆门431899

以厚度0.26 mm的散热器用铝合金高频焊管为研究对象,通过有限元软件COMSOL Multiphysics对不同参数下焊管加热过程进行模拟,分析了不同焊接参数和线圈与焊管的同心度对焊接质量的影响。结果表明,焊接频率为365 kHz、V形角为6°时,铝合... 详细信息

以厚度0.26 mm的散热器用铝合金高频焊管为研究对象,通过有限元软件COMSOL Multiphysics对不同参数下焊管加热过程进行模拟,分析了不同焊接参数和线圈与焊管的同心度对焊接质量的影响。结果表明,焊接频率为365 kHz、V形角为6°时,铝合金薄壁管会被全壁厚加热,能够获得较好的焊接质量;较高的频率和较小的V形角可以提高加热效率,但较高的频率会使焊管产生“漏焊”,较小的V形角会导致焊管形成“砂眼”等焊接缺陷;在其它焊接条件一定时,线圈与管材的横向偏差,会改变加热效率,纵向偏差对加热无明显影响。

关键词：铝合金薄壁管高频感应焊接数值模拟