以變分上界限法分析圓盤熱鍛粗加工問題

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詹益智(Yi-Chih Chan) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

以變分上界限法分析圓盤熱鍛粗加工問題

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摘要(中)

摘要
本文結合上界限法(Upper Bound Method)、有限差分法(Finite Difference Method)及變分法(Variational)，來作為分析圓盤熱鍛粗問題的工具。首先藉由流函數所定義呈函數形態的動可容速度場及變形場，建立圓盤鍛粗加工所需的上界限能量消秏的總功率，其次再以有限差分法建立熱傳分析模式，求取鍛粗時隨溫度改變之塑流應力，最後再利用變分法以獲得最小化能量消秏，以求取上界限解，並推導靜可容邊界條件，以作為求解的限制條件之一。
根據上述方法所獲得的結果中，本文亦將加以探討各種加工因素，如摩擦因子(friction factor)、高度縮減率(reduction in height)、素材與模具之初始溫度以及素材在空冷和模冷時間的長短，對圓盤熱鍛粗加工上界限解析的影響。

摘要(英)

關鍵字(中)

★ 上界限法
★ 有限差分法
★ 變分法

關鍵字(英)

★ Finite Difference Method
★ Variational
★ Upper Bound Method

論文目次

目錄
頁次
摘要 Ⅰ
目錄 Ⅱ
圖表說明 Ⅳ
符號說明 Ⅷ
第一章緒論
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 研究動機與方法 5
第二章上界限解析
2-1 上界限原理 7
2-2 上界限原理 8
2-2-1 基本假設 8
2-2-2 流函數場的建立 9
2-2-3 速度場的建立 11
2-2-4 應變率場的分析 12
2-2-5 鍛粗加工成形所需的功率消秏 14
2-2-6 影響鍛粗加工總功率消秏的因素 15
2-3 變分法 16
2-4 待定函數的決定 17
第三章熱傳模式解析
3-1 熱傳原理 19
3-2 其本假設 19
3-3 非穩態熱傳之解析 20
3-4 有限差分方程式之推導 21
3-4-1 內部節點之有限差分方程式 21
3-4-2 邊界節點之有限差分方程式 23
3-4-3 元素分割之節點方程式 26
3-5 加工中素材之溫度解析法 38
3-6 塑流應力之決定 40
第四章數值方法
4-1 最佳化求解方法 41
4-2 變形場的建立 42
第五章結果與討論
5-1 實驗驗證 45
5-2 素材於大氣中冷卻之溫度分佈 45
5-3 素材置於模中待鍛粗之溫度分佈 46
5-4 成形能量分佈圖 46
5-4-1 摩擦條件與半高度縮減率的效應 46
5-4-2 溫度效應 46
5-4-3 冷卻效應 47
5-5 變形場圖 48
5-5-1 摩擦條件與半高度縮減率的效應 48
5-5-2 溫度效應 48
5-5-3 冷卻效應 48
5-6 速度場圖 49
5-6-1 半高度縮減率與摩擦條件的效應 49
5-6-2 冷卻效應 49
5-7 應變場圖 49
5-7-1 半高度縮減率與摩擦條件的效應 49
5-7-2 溫度效應 50
5-8 加工中之溫度分佈圖 50
第六章結論與建議
6-1 結論 52
6-2 建議 52
參考文獻 53
附錄A 93
圖表說明
表3-1 熱傳遞方式之基本定義 24
表5-1 素材與模具材質的物理性質 44
圖1.1 圓盤鍛粗加工剖面示意圖 58
圖2.1 (a)變形前幾何尺寸(b)變形過程中幾何尺寸 59
圖3.1 內部節點之格子分析圖 60
圖3.2 對流及輻射熱傳邊界 60
圖3.3 熱通過率邊界 60
圖3.4 素材空冷時之元素分割示意圖 61
圖3.5 不同邊界節點之符號 61
(a)邊界節點2至3之符號 61
(b)邊界節點4之符號 62
(c)邊界節點5至6之符號 62
圖3.6 素材於平模中之元素分割示意圖 63
圖3.7 不同邊界節點之符號 63
(a)邊界節點2至3之符號 63
(b)邊界節點4之符號 64
圖3.8 素材之元素分割示意圖 64
(a)素材未變形前的節點座標標記示意圖 64
(b)素材變形後的節點座標標記及其位置 65
(c) 重新畫分網格後的節點座標標記示意圖 65
圖4.1 數值解析流程圖 67
圖4.2 變形前的座標點標示 68
圖4.3 (a)經過時間後的座標點標示 68
(b)重新畫分後經次一增量時間後的座標點標示 69
圖5.1 圓盤桶脹外輪廓比較 70
圖5.2 素材空冷之溫度分佈 71
(a)素材空冷時間 71
(b)素材空冷時間 71
圖5.3 素材待鍛粗之溫度分佈 72
(a)素材待鍛時間 72
(b)素材待鍛時間 72
圖5.4 摩擦條件及半高度縮減率對成形能量的影響 73
圖5.5 減縮率對成形能量的影響 74
圖5.6 減縮率對成形能量的影響 75
圖5.7 減縮率對成形能量的影響 76
圖5.8 減縮率對鍛粗壓力的影響 77
圖5.9 半高度縮減率對變形場的影響 78
圖5.10 摩擦條件對變形場的影響 79
圖5.11 素材溫度對變形場的影響 80
圖5.12 模具溫度對變形場的影響 80
圖5.13 空冷時間對變形場的影響 81
圖5.14 待鍛時間對變形場的影響 81
圖5.15 不同半高度縮減率的速度場 82
圖5.16 不同摩擦條件的速度場 83
圖5.17 空冷時間對速度場的影響 84
(a)素材初溫，空冷時間 84
(b)素材初溫，空冷時間 84
圖5.18 待鍛時間對速度場的影響 85
(a)模具溫度，待鍛時間 85
(b)模具溫度，待鍛時間 85
圖5.19 不同半高度縮減率的等效應變場分佈 86
圖5.20 不同摩擦條件的等效應變場分佈 87
圖5.21 不同素材溫度的等效應變場分佈 88
圖5.22 不同模具溫度的等效應變場分佈 89
圖5.23 不同素材溫度之溫度分佈圖 90
圖5.24 不同模具溫度之溫度分佈圖 91
圖5.25 不同半高度縮減率之溫度分佈圖 92

參考文獻

參考文獻
1.Avitzur, B., " Metal Forming: Process and Analysis ", McGraw-Hill, New York, 1968.
2.B.C. Hwang, S.J. Hong, W.B. Bae, " An UBET analysis of the non-axisymmetric extrusion/forging process ", Journal of Materials Processing Technology,111, pp135-141, 2001.
3.Chin, T. K., " An analysis of the closed-die forging of a general non-axisymmetric shape by the upper-bound elemental technique ", Journal of Materials Processing Technology, 123, pp197-202, 2002.
4.Dasras, P. and P.R.Burte, " Nonisothermal Axisymmetric Forging ", J. of Engineering for Industry ,Transactions of the ASME. Vol.108, pp288-294,(Novermber 1986).
5.Dym, C.L., and Shames, I.H., " Solid Mechanics-A Variational Approach ", McGraw-Hill, Inc., New York, 1973.
6.Hosford, W.F. and Caddell, R.M., " Metal Forming-Mechanics and Metallurgy ", Prentice-Hall, Inc, pp150-153, 1983.
7.Hsiang, S. H. and Huang, T. F., "Analysis of Deformation Behaviours in Upsetting Processes ", Proceeding of the 8th National Conference on Mechanical Engineering The Chinese Society of Mechanical Engineers, pp887-894, 1991.
8.Im, Yong-Taek, " Investigation of Heat Transfer Simulation of Metal Flow in Hot Upsetting ", Trans. of ASME , J. of Eng. for Ind., vol.111, pp337-344, 1989.
9."IMSL MATH/LIBRARY, "User's Manual, Fortran Subroutines for Mathematical Applications ", IMSL, Inc., Ver 2.0, April, 1992,pp.1096-
1102.
10.Jain, V. K., " Determination of Heat Transfer Coefficient for Forging Applications ", J. Mater. Shaping Tech., Vol.8 , pp193-202, 1990.
11.Kim, J. H. and Yang, D. Y. and Kim, M. U., " An Analysis of Three-Dimensional Upset Forging of Arbitrarily-Shaped Prismatic Blocks ", Int. J. Mach. Tool Des. Res.,Vol.27, pp311-323, 1987.
12.Lin, Y. T. and Wang, J. P., " A New Upper-Bound Elemental Technique Approach ", Computers & Structures Vol.4, pp601-611, 1997.
13.Lahoti G.D., and Altan T., "Prediction of Temperature Distributions in Axi-Symmetric Compression and Torsion ", ASME, J. Eng. Materials Technology, pp113-120, 1975.
14.Lee, C.H. and Altan, T., " Influence of Flow Stress and Friction upon Metal Flow in Upset Forging of Rings and Cylinders ", Journal of Engineering for Industry, Trans. ASME, pp775-782, 1972.
15.Moon, Y.H. and Van Tyne, C.J., " Validation via FEM and Plasticine Modeling of Upper Bound Criteria of a Process-Induced Side-Surface Defect in Forgings ", Journal of Materials Processing Technology, pp185-196, 2000.
16.Monaghan, J. and Peard, M., "Closed-die cold forging: an upper-bound analysis ", Journal of Materials Processing Technology, 26, pp181-195, 1991.
17.Nagpal, V. and Clough, W.R., " Plane Strain Forging-A Lower Upper Bound Approach ", Journal of Engineering for Industry, Trans. ASME, pp119-124, 1975.
18.Nagpal, V., Lahoti, G. D. and Altan, T., " A Numerical Method For Simultaneous Prediction of Metal Flow and Temperatures in Upset Forging of Rings ", Journal of Engineering for Industry, Trans.ASME, pp413-420, 1978.
19.P.Dadras, W.R.Wells, " Heat Transfer Aspects of Nonisothermal Axisymmetric Upset Forging ", Journal of Engineering for Industry, vol.106, pp187-195, (1984.8).
20.Rebelo,N. and S. Kobayashi, " A Coupled Analysis of Viscoplastic Deformation and Heat Transfer-I ", Int. J. Mech. Sci., Vol.22, pp699-705, 1980.
21.Rebelo,N. and S. Kobayashi, " A Coupled Analysis of Viscoplastic Deformation and Heat Transfer-II ", Int. J. Mech. Sci., Vol.22, pp707-718, 1980.
22.Saiki, Sekiguchi, Y., and Shimizu S., " The Upper Bound Method Analysis of 2-Dimensional Flow in Hot Forging Processing ", Vol.23, No.253, pp168-176, 1982.
23.Shen,G.S., S.L. Semiatin, E. Kropp and T.Altan, " A Technique to Compensate for Temperature History Effects in the Simulation of Nonisothermal Forging Processes ", J. of Materials Processing Technology, Vol.33 , pp125-139, 1992.
24.Shen,G.S., S.L. Semiatin, T.Altan, " Investigation of Flow Stress and Microstructure Development in Nonisothermal Forging of Ti-6242 ", J. of Materials Processing Technology, Vol.36 , pp303-319, 1993.
25.S.Y. Lin, " An investigation of die-workpiece interface friction during the upsetting process ", J. of Materials Processing Technology, Vol.54 , pp239-248, 1995.
26.Tseng A.A.,"A Generalized Finite Difference Scheme for Convection-Dominated Metal Forming Problems ", Int. J. Num. Met. Eng., Vol.20, pp1885-1990, 1984.
27.Wang, J. P. and Lin, Y. T.," The UBST Approach to the Stress Analysis of Plane-Strain Upsetting ", Int. J. of Machine Tools & Manufacture, Vol. 35, pp607-618, 1995.
28.Wang, J. P., " The UBST approach to the stress analysis of plane-strain upsetting with a newly constructed model of the slip-line field ", Journal of Materials Processing Technology,58, pp267-273, 1996.
29.Wang, J. P.," A New Evaluation to Friction Analysis for the Ring Test ", Int. J. of Machine & Manufacture, pp311-324, 2001.
30.Yang,D.Y. and Kim, J.H., " An Analysis for Three-dimensional Upset Forging of Elliptical Disk ", Int. J. Mach. Tool Des. Res. Vol.26, pp147-156, 1986.
31.Yong-Soon Jang, Dae-Cheol Ko, and Byung-Min Kim, " Application of the finite element method to predict microstructure evolution in the hot forging of steel ", Journal of Materials Processing Technology,101, pp85-94, 2000.
32.葉維磬,陳麒峰, "圓盤鍛粗加工之上界限解並論靜可容條件對解的影響, "中國機械工程學會第十一屆學術研討會, pp353-362,1994.
33.陳玉煌, "以變分上界限法分析圓環鍛粗加工"碩士論文，國立中央大學機械工程研究所, 1995.
34.吳明昌, "應用流函數法分析軸對稱熱擠製加工問題"碩士論文，國立中央大學機械工程研究所, 2000.
35.向四海,巫賢榮, "熱間擠製之模式與實驗分析" 中國機械工程學會第十一屆學術研討會, pp.325-334, 1994.

指導教授

葉維磬(Wei-Ching Yeh)

審核日期

2003-7-17

推文