鋼絲成型的非線性變形與失效性能的模擬及分析.pdf

1、本文以熱軋盤條拉絲成型過程及其成品PC鋼絞線的力學(xué)性能為研究對象，采用有限元方法和斷裂力學(xué)理論模擬金屬拉絲成型和失效過程中非線性變形與失效的性能參數(shù)，分析拉絲生產(chǎn)中的主要工藝參數(shù)對鋼絲非線性變形與失效性能的影響，以及鋼絲成品的扭轉(zhuǎn)性能與殘余應(yīng)力分布規(guī)律。 研究內(nèi)容主要有： 一、含中心裂紋的鋼絲拉拔過程的非線性變形與失效性能模擬，分析在企業(yè)給定的模具頂角、入線直徑和道次壓縮率參數(shù)范圍內(nèi)，拉絲內(nèi)部裂紋尖端斷裂參數(shù)的變化規(guī)律，

2、并由此得到局部優(yōu)化工藝參數(shù)； 二、分析鋼絲在連續(xù)拉拔過程中殘余應(yīng)力的變化規(guī)律及其與工藝參數(shù)之間的關(guān)系；三、對鋼絲成品的大變形扭轉(zhuǎn)性能進(jìn)行了研究。 主要采用了兩種途徑來模擬和分析拉絲過程中的非線性變形與斷裂性能：其一，通過模擬結(jié)果的應(yīng)力云圖，直觀地顯示復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下盤條應(yīng)力集中點(diǎn)的特點(diǎn)和在裂紋尖端表現(xiàn)出來的應(yīng)力奇異性，顯示了裂紋可能擴(kuò)張的趨勢，與產(chǎn)品抽檢獲得的斷口形成機(jī)理對比以驗(yàn)證模擬結(jié)果的正確性。其二，在準(zhǔn)確模擬的基礎(chǔ)上

3、定量分析鋼絲生產(chǎn)過程中和產(chǎn)品形成后的力學(xué)性能參數(shù)，在給定的工藝參數(shù)條件下尋求斷裂性能參數(shù)J 積分的條件極小解，以及關(guān)鍵工藝參數(shù)對鋼絲拉拔后殘余應(yīng)力變化規(guī)律的影響等。 通過對含中心裂紋的鋼絲拉拔過程的非線性變形與失效性能的模擬，首先分析了在給定的模具頂角、入線直徑和道次壓縮率參數(shù)范圍內(nèi)拉絲內(nèi)部裂紋尖端斷裂參數(shù)的變化規(guī)律，研究結(jié)果表明：在給定的入線直徑參數(shù)范圍內(nèi)，入線直徑的條件最佳值也即斷裂性能參數(shù) J 積分的局部極小值隨模具頂角的

4、增加而增加；在給定的模具頂角參數(shù)范圍內(nèi)，模具頂角的條件最佳值隨道次壓縮率的增加而增加；另外在相同的摩擦系數(shù)、模具頂角和道次壓縮率下，裂紋長度越長，結(jié)果就越不安全，這和實(shí)際情況是相符合的。 對鋼絲在連續(xù)拉拔過程中殘余應(yīng)力分布規(guī)律的研究，包括兩方面的內(nèi)容：一、是鋼絲在單道次拉拔下，工藝參數(shù)對殘余應(yīng)力分布規(guī)律的影響。這些工藝參數(shù)主要包括：定徑帶長度、模具頂角、道次壓縮率和摩擦系數(shù)。通過有限元模擬和分析得出如下結(jié)論：鋼絲最合理的定徑帶長

5、度應(yīng)符合如下的條件：定徑帶長度和入線直徑之間的比值為0.8；當(dāng)壓縮率為0.231，鋼絲屈服強(qiáng)度為1218MPa時，模具頂角在8到12度之間的變化對軸向殘余拉應(yīng)力最大值的影響顯著，并且最佳模具頂角在8度左右；當(dāng)摩擦系數(shù)分別為0.1、0.2、0.3時，殘余應(yīng)力的變化達(dá)到30％以上，可見，摩擦系數(shù)是拉絲生產(chǎn)過程中影響鋼絲產(chǎn)品殘余應(yīng)力的不可忽視的重要因素。二、鋼絲在經(jīng)過八道次拉拔過程中，其中的殘余應(yīng)力在位于各個道次下的分布規(guī)律變化。研究結(jié)果表明

6、：隨著鋼絲拉拔過程中硬化程度的變化，殘余應(yīng)力的分布不均勻現(xiàn)象也發(fā)生變化，殘余應(yīng)力最大值的位置也發(fā)生變化。 鋼絲生產(chǎn)完成之后，需要對產(chǎn)品的力學(xué)性能進(jìn)行測試，其中必須對鋼絲的塑性性能進(jìn)行測試。目前，企業(yè)中最為常用的塑性測試方法是以鋼絲的扭轉(zhuǎn)圈數(shù)為評定的方法。但是對于材料扭轉(zhuǎn)破壞的過程卻不是很清楚，需要借助有限元模擬的方法進(jìn)行研究。因此，本文對鋼絲的大變形扭轉(zhuǎn)性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，鋼絲在塑性扭轉(zhuǎn)階段是偏心扭轉(zhuǎn)，最容易破壞的位置位于