《材料成形原理》实验指导书Word文档下载推荐.docx
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三、实验步骤
1、使用Matlab计算绘制瞬时点热源焊接温度分布曲线。
(1)启动Matlab软件;
(2)打开新文件
(3)编写程序
(4)运行程序
(5)记录指定时间的温度,绘制温度分布曲线。
2、使用Aansys软件对瞬时点热源焊接温度场进行仿真计算。
ANSYS软件采用有限元方法进行稳态、瞬态热分析,计算各种热载荷引起的温度、热梯度、热流率、热流密度等参数。
这些热载荷包括:
对流,辐射,热流率,热流密度(单位面积热流),热生成率(单位体积热流),固定温度的边界条件。
采用ANSYS软件进行热过程分析可以用菜单交互操作和编程两种方式。
本次实验采用编程方法,分两部分:
必做(2学时):
主要以程序调试为主,掌握基本方法。
选做(2学时):
由学生自行选择讨论的问题和拟定实验的内容和方案,将重点放在解析解与数值解的比较、数值解的精度、参数影响因素等内容的探讨。
(1)使用文本文件编辑器编写程序
(2)以.mac为扩展名存盘
(3)运行Ansys软件
(4)设置文件夹到程序所在文件夹
(5)使用GeneralPostproc/ReadResults读取指定时间的数据
(6)使用GeneralPostproc/PlotResults绘制温度场云图
(7)使用TimeHistPostproc/VariableViewer绘制指定点的热循环曲线,获取热循环曲线数据。
(8)研究数值仿真的精度
模型尺寸对精度的影响(提示:
改变程序中a值)
改变网格密度对计算精度的影响(提示:
改变程序中an、bn值)
如何验证和改善数值计算的精度?
(9)探讨影响焊接温度场和焊接热循环的因素及焊接工艺参数的影响。
自行拟定研究方案,获取分析讨论所需的数据和依据
焊接件尺寸多大可以作为无穷大处理?
有限元数值解与解析解的比较(提示:
选择若干个时间的数据比较)
预热对焊接温度场、热循环曲线的影响(提示:
改变程序中工件初始温度)
焊接件与大气环境对流传热对焊接温度场、热循环曲线的影响
(提示:
增加对流传热条件)
当材料性能不为常数对流传热对焊接温度场、热循环曲线的影响
(提示:
材料特性数据随温度变化)
四、实验报告
1、实验目的
2、实验内容
3、实验步骤
4、实验结果与讨论
温度场分布、变化规律
热循环曲线及特点
为何将模型分为网格尺寸不同的两个区
改变网格密度对计算精度的影响
模型尺寸对精度的影响,
如何确定和改善数值计算的精度
有限元数值解与解析解的比较
焊接件尺寸多大可以作为无穷大处理
预热对焊接温度场、热循环曲线的影响
焊接件与大气环境对流传热对焊接温度场、热循环曲线的影响
当材料性能不为常数对焊接温度场、热循环曲线的影响
焊接工艺参数变化,对焊接温度场和热循环曲线的影响。
5、实验体会
实验二 园环镦粗法测定摩擦系数
一、实验目的
利用园环铝试件的镦粗要求掌握以下三个基本原理:
(1)根据园环镦粗后的变形,了解摩擦对金属流动的影响;
(2)掌握绘制摩擦系数的理论曲线的方法;
(3)通过实验学会测定摩擦系数的方法。
二、实验原理
环形试件在平行平板间镦粗时,由于接触面摩擦状态的不同,其变形情况也不同。
当摩擦系数很小时变形后园环内外径都扩大。
(图1-a)当摩擦系数超过某一临界值时,在园环中就出现一个半径为Rn的分流面。
该面以外金属向外流动,该面以内的金属向中心流动,结果使园环外径增大,内径缩小。
(图1)。
由能量法和应力分析法可以求分流面半径Rn,摩擦因数m与园环尺寸间的理论关系。
(摩擦因数m与摩擦系数μ的关系可取
即近似认为接触面上剪应力为常数
,当m=1时,μ=0.57,故
。
符合米塞斯屈服条件)。
由园环的原始尺寸R0,R1,H,利用值不变的假设,利用下式可求出求摩擦因子的临界值
(即Rn=R1时的值),
(a)
当m≦m0值即Rn≦R1时,按下式求中性层半径Rn
式中:
当m>
m0计算值。
即R1<
Rn<
R0时,按下式找出Rn。
因此我们根据已知镦粗园环尺寸和分流面半径就可以根据(a)、(b)、(c)式找出m值。
但是分流面半径无法直接测量出来,必须利用体积不变条件找出Rn与园环变形后尺寸的关系,然后再来确定摩擦因素。
为了使用方便,通常把(b)、(c)式绘制成理论曲线,然后根据试件变形后的尺寸(内径和高度),可直接查出m值。
三、实验前绘制理论曲线的方法
在利用公式(a)、(b)、(c)绘制理论曲线时,由于Rn和m值在镦粗过程中不保持常数。
因此要采用等小变形法的假设来绘制曲线。
其方法步骤如下:
(1)利用m值不变的假设,根据园环原始尺寸R0,R1,H代入公式(a)中,求出m的临界值m0。
(2)予先给定许多m值(即m=0、0.1、0.15、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、1.0等)然后按给定的m值<
m0时,由(b)式按原始尺寸求出Rn值。
当给定的m值>
m0时,按(c)式求出Rn来。
(3)设园环经过小变形△h=1mm后,Rn仍保持不变,则可根据体积不变条件,如图2所示,计算出园环小变形后的内径和外径如下:
变形后内径
变形后外径
(4)将第一次小变形后的尺寸r0、r1、h作为第二次小变形前的原始尺寸,再按上述方法求出第二次小变形后的园环尺寸r0、r1、h。
如此连续计算,可得出一系列给定m和h值下的园环内径r1,(应当注意,当计算m<
m0的Rn和r1时。
虽然r1>
R1,但只要满足Rn>
R1(或rn>
r1),以及m>
m0,就应该用(c)式来计算求Rn)。
(5)利用计算出的m、h、r1值,就可绘制出图3所示的理论校正曲线。
(图3所示曲线为采用6:
3:
2的园环尺寸所得)。
四、实验设备
600KN和1000KN万能材料试验机;
工具:
150mm游标卡尺、垫板;
辅助材料:
MoS2油膏
五、实验步骤
(1)取6:
2(即r0:
r1:
h=36:
18:
12)的园环铝试件二个,分别在不同摩擦条件下(其中一个铝试件用润滑剂)在平板间进行压缩。
(2)每次压缩量为15%左右,然后取出擦净测量变形后的圆环尺寸(外径、内径、高度)。
注意测量时测量圆环内径的上、中、下三个直径尺寸,取其平均值。
重复进行上述步骤三次,控制压下量为50%左右。
(3)测量变形后园环尺寸(外径,内径,高度)。
(4)然后取出擦净测量变形后的圆环尺寸(外径、内径、高度)。
注意测量时测量圆环内径的上、中、下三个直径尺寸,计算内径算术平均值。
根据园环变形后测量得的内径算术平均值和高度,计算出
然后根据理论计算曲线图上查出m值和μ值。
六、注意事项
(1)镦粗时,园环要放在平板中心,保证变形均匀。
(2)测量圆环尺寸时要测量园环内径桶形的上、中、下三个直径尺寸,然后取平均值。
实验报告二园环镦粗法测定摩擦系数
班级_____________学号_____________姓名___________
二、绘制理论曲线
四、实验数据记录。
(用表格形式记录)(分加润滑剂和未加润滑剂);
实验记录表
序号
试样尺寸
实验温度
润滑条件
镦后高度
镦后内径
M值
摩擦系数
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