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基于ANSYS的大型铝挤压机挤压筒的强度研究

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声明

第1章绪论

1.1引言

1.2挤压加工技术的概述和特点

1.2.1挤压加工的概述

1.2.2挤压加工技术的特点

1.3国内外研究现状

1.3.1大型整体壁板挤压模具的研究和发展

1.3.2扁挤压筒强度分析及结构设计的研究方法

1.3.3整体壁板铝型材挤压模具参数优化的研究

1.4扁挤压筒的强度和失效问题

1.5课题的来源

1.6目的和意义

1.7研究的内容

第2章数值模拟的关键技术

2.1接触问题介绍

2.2接触界面条件

2.2.1符号和定义

2.2.2法向接触条件

2.2.3切向接触条件—摩擦力条件

2.3耦合处理

2.4 ANSYS软件

2.5 ANSYS的接触技术

2.5.1 ANSYS中的接触行为

2.5.2 ANSYS中接触行为的类型

2.5.3接触问题求解的一般过程

2.5.4接触行为分析时的建议

2.6本章小结

第3章挤压筒的应力及变形分析

3.1三层预紧扁挤压筒模型建立

3.2三层组合扁挤压筒仅受预紧作用时变形及应力分析

3.2.1接触问题的有限元分析过程

3.2.2三层组合扁挤压筒仅受预紧作用时变形分析

3.2.3三层组合扁挤压筒仅受预紧作用时应力分析

3.3预紧力和工作压力共同作用下的变形及应力分析

3.3.1预紧力和工作压力共同作用下的变形分析

3.3.2预紧力和工作压力共同作用下的应力分析

3.4影响扁挤压筒内应力分布的因素

3.5本章小结

第4章耦合状态下的扁挤压筒有限元分析

4.1耦合场分析的有限元方法和实现

4.2扁挤压筒热应力有限元分析

4.2.1温度场与热应力的关系

4.3扁挤压筒热有限元模型的建立和热分析

4.4耦合作用的扁挤压筒受力分析

4.5本章小结

结论

参考文献

致谢

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摘要

挤压加工是使金属处于三向压应力的状态而产生塑性变形的加工方法。现代化社会需要大量的大型薄壁、宽幅、高精度、复杂断面的铝合金型材,所以大型铝材挤压机是国内外市场的一种急需。穿孔系统决定着挤压机所挤压制品的质量,挤压筒是穿孔系统的主要部件。其结构、强度影响着生产效率、挤压产品的精度、机器性能等。挤压筒的研究对进一步提高挤压管材、空心型材的性能有十分重要的意义。挤压筒通常在高温、高压、高摩擦的恶劣条件下工作,经常发生开裂。由于大型挤压筒的正确设计与制造技术问题一直没有得到很好的解决,为了提高挤压筒的强度,延长其使用寿命,应对挤压筒的受力、变形状况和设计方法进行科学的分析研究。 本文以挤压筒为研究对象,综合采用数值模拟和物理模拟方法。首先运用大型有限元ANSYS软件三维建模,采用有限元分析方法,对挤压筒进行静力学分析,接触非线性分析;接着系统研究了组合式挤压筒在仅受预紧力状态下的变形和应力分布状态,又对挤压筒在预紧力与工作载荷共同作用下的变形、应力分布状态做出了系统的研究。在此基础上,由于挤压筒处于高温和高压的工况,对挤压筒做耦合状态下的力一热有限元分析,得出其受力规律,为挤压简的强度设计提供依据。 在材料选择上,采用专项研制的4Cr5MoSiVl(H13)优质高强度钢,其韧性、耐磨性都比通常使用的3Cr2W8V钢明显提高,使用寿命可提高2倍到3倍。 本文的研究成果可以为挤压筒设计、优化和模型的建立提供技术帮助,对于完善型材挤压设计理论具有指导意义。大型挤压机在研制中采用了本文的研究成果,经调试、运行成功,挤压筒的强度达到了设计要求,各项技术参数均达到了预期指标,现已正式投入使用。

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