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鋼絞線的力學性能為研究對象，采用有限元方法和斷裂力學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，分析拉絲生產中的主要工藝參數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性能與殘余應力分布規(guī)律。 研究內容主要有： 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范圍內，拉絲內部裂紋尖端斷裂參數的變化規(guī)律，

2、并由此得到局部優(yōu)化工藝參數； 二、分析鋼絲在連續(xù)拉拔過程中殘余應力的變化規(guī)律及其與工藝參數之間的關系；三、對鋼絲成品的大變形扭轉性能進行了研究。 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，通過模擬結果的應力云圖，直觀地顯示復雜應力狀態(tài)下盤條應力集中點的特點和在裂紋尖端表現(xiàn)出來的應力奇異性，顯示了裂紋可能擴張的趨勢，與產品抽檢獲得的斷口形成機理對比以驗證模擬結果的正確性。其二，在準確模擬的基礎上

3、定量分析鋼絲生產過程中和產品形成后的力學性能參數，在給定的工藝參數條件下尋求斷裂性能參數J 積分的條件極小解，以及關鍵工藝參數對鋼絲拉拔后殘余應力變化規(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范圍內拉絲內部裂紋尖端斷裂參數的變化規(guī)律，研究結果表明：在給定的入線直徑參數范圍內，入線直徑的條件最佳值也即斷裂性能參數 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范圍內，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、模具頂角和道次壓縮率下，裂紋長度越長，結果就越不安全，這和實際情況是相符合的。 對鋼絲在連續(xù)拉拔過程中殘余應力分布規(guī)律的研究，包括兩方面的內容：一、是鋼絲在單道次拉拔下，工藝參數對殘余應力分布規(guī)律的影響。這些工藝參數主要包括：定徑帶長度、模具頂角、道次壓縮率和摩擦系數。通過有限元模擬和分析得出如下結論：鋼絲最合理的定徑帶長

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

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