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某武器管材静液挤压机设计及挤压过程数值模拟

作　者: 张振彪
导　师: 袁人枢
学　校: 南京理工大学
专　业: 火炮、自动武器与弹药工程
关键词: 镁合金静液挤压拓扑优化正交试验数值模拟
分类号: TJ05
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

随着国防工业的快速发展,对武器的轻量化提出了更高的要求,对武器装备材料的要求也随之提升。镁合金以其密度最低、比强度、比刚度高、良好的散热性能、“取之不尽,用之不竭”等优点,受到各国国防部门的重视。国内外镁合金研究学者证明使用静液挤压方法比普通挤压、铸造等方法获得的镁合金性能更好,因此对镁合金静液挤压设备及其挤压工艺参数的研究迫在眉睫。本文选择了以带有芯棒的无背压静液挤压方法为原理的三梁四柱式结构作为静液挤压机的设计方案,并对挤压机的主要受力部件后梁、前梁、定梁进行了结构设计,通过对它们的有限元分析发现定梁的材料利用率较低,据此对定梁进行了拓扑优化。优化过程中建立了以定梁总体积最小化为目标、刚度为约束的拓扑优化模型,获得了定梁的拓扑结构,在此基础上对拓扑结构进行了修改,得到了新的优化模型,并对其进行了有限元分析,得出优化后的模型刚度与优化前相比基本一致,但是质量下降了32.45%,证明了该拓扑优化设计是合理的。针对扩展挤压和收缩挤压镁合金管材的问题,使用Deform-3D有限元软件,在不同模具角度、定径带长度、坯料温度、模具温度、挤压速度的条件下应用正交试验设计方法对AZ80镁合金进行了静液挤压数值模拟,得出了本实验条件下各项条件对挤压力、坯料应力、温度的影响,以及使得挤压力最小的各项条件的组合。为AZ80镁合金管材静液挤压工艺参数的优化设计提供了依据。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
1 绪论  9-17
  1.1 论文的研究背景和意义  9-12
    1.1.1 镁及镁合金的基本性质  9-11
    1.1.2 镁合金在武器装备中的应用  11-12
  1.2 挤压技术国内外研究现状  12-14
    1.2.1 挤压机国内外发展现状  12-13
    1.2.2 静液挤压技术国内外现状  13-14
  1.3 结构优化设计方法  14-16
  1.4 论文的主要研究内容  16-17
2 静液挤压机机架方案设计  17-28
  2.1 静液挤压机的工作原理  17-21
  2.2 静液挤压机的基本参数  21-23
  2.3 静液挤压机的结构特点  23-24
  2.4 后梁、前梁、定梁方案设计  24-27
    2.4.1 后梁方案设计  24-25
    2.4.2 前梁方案设计  25-26
    2.4.3 定梁方案设计  26-27
  2.5 本章小结  27-28
3 静液挤压机主要部件静态有限元分析  28-40
  3.1 Altair HyperMesh软件介绍  28-29
  3.2 有限元模型的建立  29-32
    3.2.1 模型的基本假定  29
    3.2.2 几何模型简化与清理  29-30
    3.2.3 网格划分  30-31
    3.2.4 施加载荷和边界条件  31-32
  3.3 有限元分析结果  32-39
    3.3.1 后梁有限元分析结果  32-35
    3.3.2 前梁有限元分析结果  35-37
    3.3.3 定梁有限元分析结果  37-39
  3.4 本章小结  39-40
4 静液挤压机定梁的拓扑优化  40-51
  4.1 拓扑优化方法概述  40-41
  4.2 OptiStruct优化功能介绍  41-43
  4.3 定梁的拓扑优化模型的建立  43-45
    4.3.1 拓扑优化区域的定义  43-44
    4.3.2 拓扑优化优化参数设置  44-45
  4.4 优化结果分析  45-50
  4.5 本章小结  50-51
5 镁合金管材静液挤压过程数值模拟  51-64
  5.1 Defom软件简介  51-52
  5.2 挤压过程有限元模型的建立  52-55
    5.2.1 几何模型的建立  52-53
    5.2.2 物理模型的建立  53-54
    5.2.3 正交试验设计  54-55
  5.3 挤压过程模拟结果分析  55-59
    5.3.1 挤压过程  55-57
    5.3.2 扩展挤压结果分析  57-58
    5.3.3 收缩挤压结果分析  58-59
  5.4 最优组合数值模拟结果分析  59-63
    5.4.1 挤压模拟过程分析  59-60
    5.4.2 等效应力场分析  60
    5.4.3 等效温度场分析  60-63
  5.5 本章小结  63-64
6 结论与展望  64-66
致谢  66-67
参考文献  67-70

某武器管材静液挤压机设计及挤压过程数值模拟

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