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棱柱腔剖分式钢丝缠绕超高压模具数值模拟

佳木斯大学学报（自然科学版） 2024年第2期42卷 43-45,63页

作者：杨才华刘志卫丁峰郭松安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001

在由剖分式压缸、支撑环和钢丝缠绕层等部分组成的新型高压模具上,研究了圆弧型腔体和棱柱型腔体对模具应力大小和应力分布的影响。通过理论计算得出钢丝等剪应力缠绕下压缸所能承受的极限内压和需要的缠绕层数,用有限元方法进行计算,... 详细信息

在由剖分式压缸、支撑环和钢丝缠绕层等部分组成的新型高压模具上,研究了圆弧型腔体和棱柱型腔体对模具应力大小和应力分布的影响。通过理论计算得出钢丝等剪应力缠绕下压缸所能承受的极限内压和需要的缠绕层数,用有限元方法进行计算,从压缸和支撑环剪切应力以及钢丝层轴向应力等多角度进行分析。数值模拟结果表明,相比于圆弧型腔钢丝缠绕剖分式模具,棱柱型腔模具的应力和应力分布更加合理,压缸内部压力向外传递的能力更强,材料利用率高,因此棱柱型腔压缸能够承受更高的内压。

关键词：棱柱腔超高压钢丝缠绕有限元

钢丝缠绕扁挤压筒结构优化设计及其有限元分析

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钢丝缠绕扁挤压筒结构优化设计及其有限元分析

作者：余其成安徽理工大学

学位级别：硕士

随着汽车、海运、轨道和飞机运输业,对开展轻量化与节能化发展的高度关注和推动,铝合金挤压型材料已成为这些产业的最主要基础材料。用于塑性成形的大型金属壁板存在不可避免的几何以及性能波动,显著增加复杂薄壁件塑性成形中变形的复杂... 详细信息

随着汽车、海运、轨道和飞机运输业,对开展轻量化与节能化发展的高度关注和推动,铝合金挤压型材料已成为这些产业的最主要基础材料。用于塑性成形的大型金属壁板存在不可避免的几何以及性能波动,显著增加复杂薄壁件塑性成形中变形的复杂性,导致成形质量及成形极限下降,极大制约了大型薄壁件的精确成形。同时,对于大尺寸的扁挤压筒的设计制作工艺与世界先进水平相比还存在一定的差距。本文针对多层扁挤压筒结构圆弧过渡处容易出现应力集中及存在的制造装配困难等问题,基于未裂先分思想提出了一种新型的扁挤压筒结构:通过将整体式扁挤压筒沿长轴进行剖分,不仅能有效降低扁挤压筒圆弧处的应力集中现象,还能解决扁挤压筒壁加工困难问题;通过钢丝缠绕代替外层预应力环对内层筒体进行预紧,能显著降低挤压筒的装配难度。本文研究和设计了一种钢丝缠绕预应力剖分式扁挤压筒结构,并通过有限元方法对整体式和剖分式预应力钢丝缠绕扁挤压筒进行对比分析,同时还研究了不同的预紧方式和钢丝缠绕直径及层数对剖分式扁挤压筒应力和尺寸稳定性的影响,旨在为壁板生产工艺参数的调整、扁挤压筒结构优化设计提供可靠的理论依据。本文研究的主要内容及结论如下:(1)对扁挤压筒进行理论分析,完成了扁挤压筒的结构模型向力学模型的转换。同时阐述了缠绕筒比整体筒在承载能力上有着较大优势。(2)对过盈配合的组合式挤压筒进行模拟分析,发现过盈配合的挤压筒,在工作状态下的应力承受方面,相较于无过盈配合挤压筒,具有更好的表现。通过有限元软件验证了钢丝缠绕挤压筒的预紧效果,并对挤压筒进行了结构优化设计和分析。(3)针对不同层数和直径的钢丝缠绕扁挤压筒进行了有限元计算,分析研究了钢丝缠绕层数和钢丝直径对应力影响的规律,在一定范围内,多层数、大直径的钢丝有利于提高挤压筒的承载能力。图[36]表[6]参[86]

关键词：钢丝缠绕有限元挤压筒剖分式

钢丝缠绕重型模锻液压机坎合结构的疲劳和寿命预测

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机械工程学报 2015年第8期51卷 29-36页

作者：何文斌曾攀林峰颜永年张磊清华大学机械工程系北京100084 郑州轻工业学院机电学院郑州450002

剖分坎合是钢丝缠绕液压机的关键技术,坎合副的抗剪性及其抗疲劳性对模锻液压机使役期间保持机架完整性至关重要。坎合原理及抗疲劳性方面研究工作的不足限制了该技术的推广和应用。设计坎合疲劳试验夹具,对液压机本体小试样坎合结构进... 详细信息

剖分坎合是钢丝缠绕液压机的关键技术,坎合副的抗剪性及其抗疲劳性对模锻液压机使役期间保持机架完整性至关重要。坎合原理及抗疲劳性方面研究工作的不足限制了该技术的推广和应用。设计坎合疲劳试验夹具,对液压机本体小试样坎合结构进行切向等幅循环载荷疲劳试验。分析坎合结构切向循环载荷条件下三个阶段的载荷-位移循环特性;建立坎合结构疲劳指数模型,当载荷比R=0.1时,坎合结构疲劳量纲一载荷极限为tmax*F=0.74;研究量纲一切向载荷幅值与均值a m-**F F关系,得到坎合结构疲劳等寿命曲线;提出基于Miner线性累积损伤理论的坎合结构疲劳累积损伤准则。实现了钢丝缠绕模锻液压机坎合结构的安全性评估和寿命预测。

关键词：钢丝缠绕模锻液压机坎合疲劳寿命预测

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钢丝缠绕黑色金属挤压筒的设计

机械工程学报 2013年第8期49卷 78-83页

作者：刘长勇张磊林峰张人佶颜永年康飞宇清华大学深圳研究生院深圳518055 清华大学机械工程系北京 100084

挤压筒是大口径厚壁无缝钢管热挤压工艺中最为重要的模具,传统的多层组合挤压筒设计方法面临很大挑战。提出采用钢丝缠绕预紧挤压筒的方案,由于钢丝在高温下存在蠕变加速和应力松弛,将钢丝缠绕技术应用于挤压筒的最大问题是解决挤压筒... 详细信息

挤压筒是大口径厚壁无缝钢管热挤压工艺中最为重要的模具,传统的多层组合挤压筒设计方法面临很大挑战。提出采用钢丝缠绕预紧挤压筒的方案,由于钢丝在高温下存在蠕变加速和应力松弛,将钢丝缠绕技术应用于挤压筒的最大问题是解决挤压筒预热与钢丝防护之间的矛盾。针对此矛盾,分析钢丝缠绕挤压筒设计中的关键问题包括预热、钢丝防护和预应力分布控制,提出高温钢锭内置预热和电加热预热两种设计方案,分别分析两种设计方案存在的问题、解决方法和优缺点。针对电加热预热挤压筒,提出新型的热致预应力方法来产生预紧力,将内衬和中衬预热至350℃以上,中衬和外衬之间设有隔热层,经隔热后外衬和钢丝层温度低于80℃,利用两者之间温度差而导致的热膨胀量差值来产生预紧力。基于此想法,设计制造内直径170 mm的挤压筒原理样件,通过温度测试和应力测试,表明所提出的电加热预热挤压筒可达到预期的预紧效果,为挤压筒的设计探讨一种新型的设计方法。

关键词：钢丝缠绕挤压筒大口径厚壁无缝钢管热挤压

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钢丝缠绕拱梁立柱全剖分——坎合机架

机械工程学报 2011年第4期47卷 82-87页

作者：刘海霞颜永年曾攀林峰北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 清华大学机械工程系北京100084

重型承载机架是重型设备的关键部件,其整体制造触及到众多工艺和技术的极限能力,已成为重型工程的瓶颈。通过分析钢丝缠绕预应力承载机架的发展及其应用特性,提出基于钢丝缠绕预应力的重型拱梁立柱全剖分—坎合承载机架设计路线,以期解... 详细信息

重型承载机架是重型设备的关键部件,其整体制造触及到众多工艺和技术的极限能力,已成为重型工程的瓶颈。通过分析钢丝缠绕预应力承载机架的发展及其应用特性,提出基于钢丝缠绕预应力的重型拱梁立柱全剖分—坎合承载机架设计路线,以期解决200 MN级以上液压机主承载机架的制造难题。以400 MN单缸单牌坊模锻液压机承载机架的设计为例案,通过对其1∶10模型试验及有限元建模对比,分析拱梁立柱全剖分—坎合机架在特定力系(中心载荷、偏心载荷等)作用下的变形特性和承载能力,得出在一定的预紧系数下,拱梁立柱全剖分—坎合机架与整体机架在变形特性和承载能力方面具有相似性。因此对于承载达到200 MN以上的单牌坊机架,建议采用此结构。这一结构的应用将直接推动重型液压机及相关装备行业的发展。

关键词：重型结构预应力剖分坎合钢丝缠绕偏载

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滚焊机钢丝缠绕系统动力学分析与控制设计

滚焊机钢丝缠绕系统动力学分析与控制设计

作者：黄鹏亮上海应用技术大学

学位级别：硕士

预应力混凝土管桩在大型桥梁和高层建筑等施工领域得到广泛的应用,具有很强的承载力和抗变形能力。在预应力混凝土管桩生产制作中,钢筋笼的主要目的是增强混凝土管桩结构的承载力和延性,并对混凝土起到约束作用,因此钢筋笼的加工生产质... 详细信息

预应力混凝土管桩在大型桥梁和高层建筑等施工领域得到广泛的应用,具有很强的承载力和抗变形能力。在预应力混凝土管桩生产制作中,钢筋笼的主要目的是增强混凝土管桩结构的承载力和延性,并对混凝土起到约束作用,因此钢筋笼的加工生产质量,对管桩的力学性能起到关键作用。滚焊机是生产钢筋笼骨架的主要设备,通过将螺旋筋缠绕至环形分布的主筋上,在其交叉接触点进行焊接。企业当前使用的预应力混凝土管桩(GZ)滚焊机,在工作中由于料盘与花盘装置之间存在线速度不匹配,造成螺旋筋松散或拉断的现象,导致钢筋笼骨架变形破坏,并且需要停机处理,影响生产效率并存在安全隐患。因此,对钢筋笼制作关键技术及设备改进研究意义重大。本文通过对钢筋笼滚焊机设备中螺旋筋料盘与花盘装置的运动关系进行研究,经数值计算得到螺旋筋料盘的拟合转速。采用离散钢丝微段的方法,建立滚焊机钢丝缠绕动力学模型,利用ADAMS/View二次开发功能建立钢丝缠绕仿真模块,快捷高效完成轴套力、接触力等参数的批量添加,避免了使用Macro命令文件需要每次导入修改,通过ADAMS实现钢丝缠绕可视化仿真与受力分析,验证了不同工况下拟合转速的准确性。通过设计研发新型双螺距钢筋笼滚焊机,避免了料盘与花盘出现线速度不匹配问题,布置双料盘和焊接装置,实现双螺旋缠绕,可大幅缩短滚焊时间。同时为了满足滚焊机驱动电机的快速响应,提出了基于自适应神经模糊推理与PI结合的控制策略,满足驱动电机在不同工况下的快速响应性能。

关键词：钢筋笼滚焊机 ADAMS 多体系统动力学钢丝缠绕

400MN预应力钢丝缠绕压机设计与仿真研究

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400MN预应力钢丝缠绕压机设计与仿真研究

作者：李加庆哈尔滨商业大学

学位级别：硕士

液压机作为锻造工业的基础设备,在国防、航空航天、工业等领域都起着至关重要的作用,预应力钢丝缠绕压机作为新型结构的预应力压机,对其质量和稳定性有着很大的要求。本文根据清华大学颜永年教授的压机设计理论再结合天津某厂的实际生... 详细信息

液压机作为锻造工业的基础设备,在国防、航空航天、工业等领域都起着至关重要的作用,预应力钢丝缠绕压机作为新型结构的预应力压机,对其质量和稳定性有着很大的要求。本文根据清华大学颜永年教授的压机设计理论再结合天津某厂的实际生产项目,提出400MN预应力钢丝缠绕压机的设计方案,设计计算出400MN预应力钢丝缠绕压机的相关设计参数。应用ANSYS有限元分析软件,用热固耦合方法模拟预应力钢丝缠绕工艺,把钢丝缠绕工艺研究分为缠绕油缸和框架两种情况,并把钢丝缠绕初应力分二、四、六、八、十等不同初应力台阶探究其对预应力效果的影响,分析出钢丝缠绕油缸和框架的初应力台阶层数。对400MN预应力钢丝缠绕压机在合成状态下进行有限元分析,分析压机的应力和应变情况,对集中应力较大或者较小的结构尺寸进行多目标优化,探究压机的结构尺寸与上下半圆梁的最大应力和压机的整体质量之间的相关性,排除相关性较小的设计变量,建立多目标优化的数学模型,在保证强度和刚度满足设计要求的前提下进行多目标优化,以压机整体质量为主要优化变量,以上下半圆梁最大应力为次要优化变量,优化后减轻了整体质量,取得了良好的优化效果。优化之后对预应力钢丝缠绕压机进行预应力模态分析,得到前6阶的固有频率和相应振型,将固有频率与工作冲击频率相对比,判断是否出现共振现象,得出设计的预应力钢丝缠绕压机的结构在工作时不会产生共振现象。选用名义应力方法,应用疲劳分析软件,结合实际工况对400MN预应力钢丝缠绕压机进行疲劳分析,仿真分析出压机的使用寿命,证明压机整体设计满足行业使用年限的要求。通过以上设计及分析研究,可以为以后设计及研究重型预应力钢丝缠绕压机和预应力钢丝缠绕工艺技术提供参考。

关键词：预应力钢丝缠绕优化设计模态分析疲劳分析

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钢丝缠绕剖分式扁挤压筒及其有限元分析

机械工程与技术 2023年第6期12卷 485-491页

作者：刘志卫吴帆付文文安徽理工大学机械工程学院安徽淮南

针对多层扁挤压筒结构圆弧过渡处容易出现应力集中及存在的制造装配困难等问题,提出了预应力钢丝缠绕剖分式扁挤压筒结构,并根据未裂先分原理将扁挤压筒内层沿长轴进行剖分,进而改变扁挤压筒内层的受力状态。通过有限元方法对整体式和... 详细信息

针对多层扁挤压筒结构圆弧过渡处容易出现应力集中及存在的制造装配困难等问题,提出了预应力钢丝缠绕剖分式扁挤压筒结构,并根据未裂先分原理将扁挤压筒内层沿长轴进行剖分,进而改变扁挤压筒内层的受力状态。通过有限元方法对整体式和剖分式预应力钢丝缠绕扁挤压筒进行对比分析,结果表明:内层扁挤压筒经过剖分后,其内壁圆弧过渡处的应力峰值显著下降,内壁应力分布更加均匀;剖分后的扁挤压筒抗挤压能力上升,内层疲劳破坏风险下降,使用寿命提高。

关键词：挤压成型扁挤压筒钢丝缠绕数值模拟

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基于PLC的钢丝缠绕装置闭环控制系统设计

基于PLC的钢丝缠绕装置闭环控制系统设计

作者：刘正宇安徽理工大学

学位级别：硕士

在预应力缠绕技术迅速发展的推动下,预应力缠绕技术广泛应用于诸多领域,新型缠绕装置的研究与开发紧随其后。其中钢丝缠绕预应力模具的生产是最具有代表性的应用,与传统组合式预应力模具相比,具有高承载、寿命长、生产快、成本低等优势... 详细信息

在预应力缠绕技术迅速发展的推动下,预应力缠绕技术广泛应用于诸多领域,新型缠绕装置的研究与开发紧随其后。其中钢丝缠绕预应力模具的生产是最具有代表性的应用,与传统组合式预应力模具相比,具有高承载、寿命长、生产快、成本低等优势。钢丝缠绕预应力模具利用压缸上层层缠绕的钢丝来施加预紧力,使压缸承受切向压应力,与工作载荷产生的切向拉应力方向相反,可以部分抵消,从而达到提高模具承载能力的目的。而现有的钢丝缠绕装置,普遍存在自动化程度低、缠绕张力跳动严重的问题,影响缠绕品质。因此,开展新型智能缠绕装置的设计与控制、缠绕张力控制策略的研究,对提高缠绕品质具有极其重要的理论参考价值和宽阔的应用前景。本文在组建完成的钢丝缠绕装置试验平台的基础上,以钢丝缠绕装置为研究对象,以缠绕张力的控制为研究中心,应用PLC控制技术实现自动化缠绕以及对缠绕张力的精准控制。主要完成的研究内容如下:(1)研究分析预应力缠绕技术,调研现有的缠绕装置,以“扬长避短”为出发点,创新性的提出自动化缠绕控制系统和液压传动张力控制系统。(2)根据钢丝缠绕预应力模具的缠绕要求,提出一套钢丝缠绕系统总体控制方案,并从系统控制对象、系统控制要求、系统控制原理和控制系统组成四个方面,分别阐述了总体控制方案的设计。(3)以系统总体设计为纲领,对钢丝缠绕控制系统依次进行硬件选型及设计、软件设计、人机交互界面设计、系统调试与试验等。其中包括液压系统的设计与仿真,仿真结果准确的验证了液压传动张力控制系统理论的可行性,为试验的进行提供充分的条件。(4)在试验前,对软件设计中的程序进行仿真性测试,确保程序的合理性,避免对硬件产生不可逆的损坏。在确定试验方案和条件后,顺利的进行试验,取得相对满意的结果。在后续的试验结果分析中,完善控制系统的理论,进一步确定缠绕装置的可投入性。综上所述,本文为缠绕装置的控制研究提供一条新的思路,对缠绕张力的调节提出一种新的控制方法,以期拓宽其应用前景。图[71]表[13]参[85]

关键词：钢丝缠绕控制系统液压站 PLC 组态