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基于有限元和最优化方法的淬火冷却过程反传热分析

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金属学报 2005年第2期41卷 167-172页

作者：李辉平赵国群牛山廷栾贻国山东大学模具工程技术研究中心济南250061

淬火过程换热系数的求解是反向热传导问题中的一种不适定和非线性问题.本文提出了一种求解淬火过程随温度变化的换热系数的新方法,该方法把有限元方法引入反向热传导问题,根据实验测量的温度曲线,结合使用最优化方法中的进退法和试探法... 详细信息

淬火过程换热系数的求解是反向热传导问题中的一种不适定和非线性问题.本文提出了一种求解淬火过程随温度变化的换热系数的新方法,该方法把有限元方法引入反向热传导问题,根据实验测量的温度曲线,结合使用最优化方法中的进退法和试探法确定合理的边界换热系数.为了使进退法适用于该类反传热问题,对其算法进行了改进,并用其确定换热系数优化的搜索区间,然后用试探法(黄金分割法)在搜索区间内找到换热系数的最佳值.在计算过程中,利用有限元法可以方便地计算出各个单元在整个过程的相变情况,得到各单元在相应时间段所产生相变潜热,并将各单元的相变潜热与单元温度场进行耦合计算.

关键词：淬火反传热有限元最优化

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响应曲面法优化气体淬火过程中的工艺参数

金属学报 2005年第10期41卷 1095-1100页

作者：李辉平赵国群牛山廷栾贻国山东大学模具工程技术研究中心济南250061

以轴对称问题气体淬火过程为研究对象,提出了阶段换热系数模型,进行了五因子三水平Box—Behnken实验设计.根据实验设计结果,将设计的变量水平代入本文开发的淬火过程有限元分析软件进行计算,用逐步回归法和响应曲面方法对实验结果进行拟... 详细信息

以轴对称问题气体淬火过程为研究对象,提出了阶段换热系数模型,进行了五因子三水平Box—Behnken实验设计.根据实验设计结果,将设计的变量水平代入本文开发的淬火过程有限元分析软件进行计算,用逐步回归法和响应曲面方法对实验结果进行拟合,建立了拟合变形程度、表面单元平均等效残余应力、等效残余应力标准差、平均表面硬度和表面硬度标准差的响应曲面公式.以变形程度为目标,建立了相应的优化目标函数,用Lagrange乘子法对优化目标函数进行了带上下限及约束函数的非线性优化.优化后,五项目标中的四项得到了有利的结果,使用优化后工艺参数进行气体淬火,可以提高零件的淬火质量.

关键词：气体淬火响应曲面法工艺参数优化

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变模温注塑热响应模拟与模具结构优化

机械工程学报 2009年第6期45卷 216-221页

作者：王桂龙赵国群李辉平管延锦陈良山东大学模具工程技术研究中心济南250061

变模温注塑可根据不同工艺阶段的特点和要求,随时调整模具温度。在塑料熔体充模过程中,如果模具表面温度保持在塑料玻璃化转变温度以上,可以彻底解决常规注塑工艺存在的熔接痕、喷射痕、流动痕、翘曲和浮纤等缺陷。同时在冷却阶段,通过... 详细信息

变模温注塑可根据不同工艺阶段的特点和要求,随时调整模具温度。在塑料熔体充模过程中,如果模具表面温度保持在塑料玻璃化转变温度以上,可以彻底解决常规注塑工艺存在的熔接痕、喷射痕、流动痕、翘曲和浮纤等缺陷。同时在冷却阶段,通过快速冷却已赋形的塑料熔体,以减小注塑成型周期。从而在不影响注塑生产效率的基础上,提升注塑件的品质。基于这种思想,在深入研究变模温注塑工艺原理的基础上,提出一套新的利用蒸汽辅助加热的模具温度控制方法,制定其工艺流程,并构建相应的动态模温控制装置和系统。通过研究蒸汽辅助加热变模温注塑模具的结构特点,提出了4种不同的模具设计方案,利用有限元软件ANSYS构建了变模温注塑模具传热分析模型,分别对变模温注塑工艺的加热、冷却过程进行温度响应模拟。以减小成型周期和提高温度均匀性为目标,对模具设计方案进行优化分析。将模拟分析获得的结果应用于平板电视机面板的注塑生产,验证分析结果的有效性。

关键词：变模温注塑蒸汽辅助加热模具结构优化热响应分析

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预应力作用下微尺度激光弯曲成形的数值模拟

中国激光 2008年第8期35卷 1265-1270页

作者：刘杰孙胜管延锦山东大学模具工程技术研究中心山东济南250061

应用一种新的激光弯曲成形工艺,通过施加位移约束,使厚度为0.1 mm的304不锈钢箔加热区产生预期的预应力分布.针对激光弯曲成形的特点,建立三维热力耦合模型,基于塑性皱曲机制(BM),对三种不同预约束应力状态下微尺度激光弯曲成形过程进... 详细信息

应用一种新的激光弯曲成形工艺,通过施加位移约束,使厚度为0.1 mm的304不锈钢箔加热区产生预期的预应力分布.针对激光弯曲成形的特点,建立三维热力耦合模型,基于塑性皱曲机制(BM),对三种不同预约束应力状态下微尺度激光弯曲成形过程进行数值模拟.通过对比三种不同模型的模拟结果,分析了预约束应力作用下,微尺度激光弯曲成形的成形机制.研究发现,预应力作用下激光弯曲成形是热应力与预应力综合作用的结果,在预应力作用下激光弯曲成形效果显著增加.在塑性皱曲机制下,通过控制预约束作用的方向和大小以及选择合适的激光工艺参数可以得到任意方向的弯曲成形角.弯曲角度随预应力的增大而增大,两者之间呈近似线性关系.

关键词：激光技术微尺度激光弯曲成形预约束应力塑性皱曲机制

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圆形挤压件等通道多弯角挤压变形机理研究

塑性工程学报 2005年第Z1期12卷 52-56页

作者：赵国群徐淑波栾贻国管延锦山东大学模具工程技术研究中心济南250061 山东大学模具工程技术研究中心济南250061 山东大学模具工程技术研究中心济南250061 山东大学模具工程技术研究中心济南250061

等通道弯角挤压工艺是制备块体超细晶粒材料的重要方法之一.由于等通道弯角单道次挤压获得的挤压件变形分布不均匀,因此,在等通道弯角挤压细化晶粒工艺中必须寻求较好的工艺路线,以避免挤压件变形的不均匀性.通过设计复杂模具型腔模拟... 详细信息

等通道弯角挤压工艺是制备块体超细晶粒材料的重要方法之一.由于等通道弯角单道次挤压获得的挤压件变形分布不均匀,因此,在等通道弯角挤压细化晶粒工艺中必须寻求较好的工艺路线,以避免挤压件变形的不均匀性.通过设计复杂模具型腔模拟了多弯角挤压变形过程,获得了挤压工艺载荷-行程曲线,得出了等通道弯角挤压在不同工艺路线下对应挤压件的变形分布均匀程度,为实验研究圆形挤压件等通道弯角挤压工艺提供可靠的工艺参数和较好的工艺路线.

关键词：等通道弯角挤压有限元分析多弯角通道工艺路线超细晶粒

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直齿圆柱齿轮精锻成形工艺及三维有限元模拟

塑性工程学报 2003年第1期10卷 13-15,19页

作者：张清萍赵国群栾贻国王广春山东大学南校区模具工程技术研究中心济南250061

本文在齿轮分流锻造法的基础上 ,提出了闭式模锻———向内分流法两步成形的直齿圆柱齿轮的精锻工艺方案。采用三维刚塑性有限元法模拟了此工艺的成形过程 ,并且和传统的闭式模锻工艺进行了比较分析。从模拟结果可以看出 ,两步成形工艺... 详细信息

本文在齿轮分流锻造法的基础上 ,提出了闭式模锻———向内分流法两步成形的直齿圆柱齿轮的精锻工艺方案。采用三维刚塑性有限元法模拟了此工艺的成形过程 ,并且和传统的闭式模锻工艺进行了比较分析。从模拟结果可以看出 ,两步成形工艺不仅工作载荷低 ,而且齿形充填良好 ,是适用于直齿圆柱齿轮精锻的有效工艺方案。

关键词：直齿圆柱齿轮精锻三维有限元模拟分流法锻造

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多点位控制压边数值模拟研究

塑性工程学报 2002年第2期9卷 49-51,55页

作者：谭晶孙胜赵振铎山东大学(南校区)模具工程技术研究中心济南250061

板料冲压成形的主要缺陷是起皱和撕裂 ,当模具的几何形状确定后 ,压边力是关键的成形控制参数 ,它不仅是凸模行程或时间的函数 ,还应随压边位置的不同而变化。确定拉深过程中板料各部位所需压边力的变化规律 ,可实现压边力的优化控制 ,... 详细信息

板料冲压成形的主要缺陷是起皱和撕裂 ,当模具的几何形状确定后 ,压边力是关键的成形控制参数 ,它不仅是凸模行程或时间的函数 ,还应随压边位置的不同而变化。确定拉深过程中板料各部位所需压边力的变化规律 ,可实现压边力的优化控制 ,对复杂拉深件如汽车覆盖件的成形尤为有利。该文以非轴对称抛物面车灯反光罩为例 ,采用DYNAFORM软件对其成形过程进行了数值模拟。

关键词：压边力数值模拟有限元板料拉深成形多点位控制

刚塑性无网格伽辽金方法及其在金属塑性成形数值模拟中的应用

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塑性工程学报 2005年第Z1期12卷 44-47页

作者：管延锦吴欣赵国群山东大学模具工程技术研究中心济南250061 山东大学模具工程技术研究中心济南250061 山东大学模具工程技术研究中心济南250061

分析了无网格方法的优点以及其在金属塑性成形过程数值模拟中的应用,结合刚塑性材料条件的假设,介绍了基于刚塑性理论的无网格伽辽金方法,运用不完全广义变分原理,采用罚函数方法引入体积不变条件,给出了其刚度矩阵方程和求解列式.平面... 详细信息

分析了无网格方法的优点以及其在金属塑性成形过程数值模拟中的应用,结合刚塑性材料条件的假设,介绍了基于刚塑性理论的无网格伽辽金方法,运用不完全广义变分原理,采用罚函数方法引入体积不变条件,给出了其刚度矩阵方程和求解列式.平面应变锻造过程的数值算例表明:无网格Galerkin方法是处理大变形畸变问题的一种有效方法.

关键词：金属塑性成形无网格方法数值模拟刚塑性

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三维全六面体网格自适应加密技术

塑性工程学报 2005年第Z1期12卷 195-199页

作者：张洪梅赵国群虞松山东大学模具工程技术研究中心济南250061 山东大学模具工程技术研究中心济南250061 山东大学模具工程技术研究中心济南250061

工程数值模拟中有限元三维六面体网格自适应剖分技术是目前研究的热点之一.模型网格的生成与其几何拓扑特征和物理特性有直接关系,为更真实地反映几何形体的外部特征,提高有限元分析的精度和效率,在曲率变化较大和有应力集中的局部区域... 详细信息

工程数值模拟中有限元三维六面体网格自适应剖分技术是目前研究的热点之一.模型网格的生成与其几何拓扑特征和物理特性有直接关系,为更真实地反映几何形体的外部特征,提高有限元分析的精度和效率,在曲率变化较大和有应力集中的局部区域应对网格加密剖分.文章提出了一种改进的栅格法-零厚度表层法,能够自动生成全六面体基础网格,研究给出了一套新的简单有效的模板,实现了三维全六面体网格的局部协调加密,并给出了相应的数据结构和算法的实现步骤.实例表明,该算法实用性强,效果良好.

关键词：六面体网格自适应协调加密模板