MARC應用於軸對稱擠製加工問題之分析及其驗證

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邱國華(Cuo-Hua Ciou) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

MARC應用於軸對稱擠製加工問題之分析及其驗證

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摘要(中)

摘要
本文主要利用有限元素軟體MARC模擬軸對稱擠製問題，並將模擬結果與陳[19]之實驗及吳[22]之上界限理論互作驗證，以驗證MARC之妥適性。文中主要為分析胚料通過不同模具幾何形狀(直線、拋物線與最佳化實驗曲線)之擠製加工比較，分析在不同模具長度、縮減率與摩擦係數等加工參數下，其擠製負荷、模具出口剪應變與金屬流動的變化情形。
由文中結果可知，MARC對於分析軸對稱擠製問題，在定性與定量上皆與實驗具一致性。且其在模具出口之剪應變預測性，在定性上明顯優於UB法所得之結果。在不同模具幾何形狀之比較上，發現經最佳化之實驗曲線，其所需之擠製成形力最小，但隨著斷面縮減率的增加與模長縮短的狀況下，其將無此優勢存在。

關鍵字(中)

★ 擠製力
★ 剪應變
★ 變形場
★ 摩擦係數
★ 縮減率
★ 模具長度
★ 擠製
★ MARC

關鍵字(英)

★
★

論文目次

目錄
頁碼
摘要 Ⅰ
目錄 Ⅱ
圖目錄 Ⅴ
表目錄 ⅩⅡ
符號說明 ⅩⅢ
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 7
第二章有限元素法基本理論介紹
2-1 有限元素法基本觀念 9
2-1.1 元素之平衡方程式 10
2-1.2 結構之平衡方程式 11
2-2 Update Lagrangian Formulation(ULF)介紹 12
2-3 元素種類 12
2-4 材料性質定義模式 13
2-5 接觸問題之定義 14
2-5.1 接觸定義 14
2-5.2 接觸問題的處理步驟 15
2-6 非線性代數方程式求解方法 16
第三章驗證條件與分析方法
3-1 基本假設 18
3-2 模具幾何外形 19
3-2.1 實驗之模具幾何外形 19
3-2.2 理論分析之模具幾何外形 20
3-3 胚料幾何尺寸與材料性質 24
3-4 摩擦條件 25
3-5 MARC之摩擦效應 25
3-6 收斂檢查 26
3-7 MARC建模程序 27
3-8 剪應變計算 30
第四章實驗驗證與比較分析
4-1 實驗驗證 32
4-1.1 變形場之驗證 32
4-1.2 剪應變之驗證 34
4-1.3 擠製力之驗證 36
4-2 不同模具曲線之比較分析 38
4-2.1 縮減率之影響 39
4-2.2 摩擦條件之影響 41
4-2.3 模具長度之影響 42
第五章結論與建議
5-1 結論 44
5-2 建議 45
參考文獻 95
圖目錄
頁碼圖1-1 擠製加工法示意圖 46
(a)直接擠製法、(b)間接擠製法
(c)液靜壓擠製法、(d)衝擊擠製法
圖2-1 接觸之定義圖 47
圖3-1 模具外形示意圖 48
圖3-2 橢圓曲線示意圖 49
圖3-3 雙曲線示意圖 50
圖3-4 拋物線示意圖 51
圖3-5 參數b所對應之曲線形狀圖 52
圖3-6 擠製試片 53
(a) 分離式試片尺寸示意圖
(b) 非分離式試片尺寸示意圖
圖3-7 Al6061-O工程應力-工程應變曲線圖 54
圖3-8 Al6061-O真實應力-真實應變曲線圖 54
圖3-9 MARC處理流程圖 55
圖3-10 MARC網格畫分模型圖 56
圖3-11 剪應變與等效半徑示意圖 56
(a) 實驗之變形場圖
(b) FEM之變形場圖
圖4-1 Case 1變形場圖(Ra=30%，m=0.2，L=12mm) 57
(a) 實驗之變形場圖
(b) FEM之變形場圖
圖4-2 Case 2變形場圖(Ra=45%，m=0.2，L=12mm) 58
(a) 實驗之變形場圖
(b) FEM之變形場圖
圖4-3 Case 3變形場圖(Ra=60%，m=0.2，L=12mm) 59
(a) 實驗之變形場圖
(b) FEM之變形場圖
圖4-4 Case 1變形場圖(Ra=30%，m=0.23，L=12mm) 60
(a) 實驗之變形場圖
(b) FEM之變形場圖
圖4-5 Case 2變形場圖(Ra=45%，m=0.23，L=12mm) 61
(a) 實驗之變形場圖
(b) FEM之變形場圖
圖4-6 Case 3變形場圖(Ra=60%，m=0.23，L=12mm) 62
(a) 實驗之變形場圖
(b) FEM之變形場圖
圖4-7 Case4變形場圖(Ra=45%，m=0.2，L=8mm) 63
(a) 實驗之變形場圖
(b) FEM之變形場圖
圖4-8 Case 5變形場圖(Ra=45%，m=0.2，L=16mm) 64
圖4-9 剪應變分佈圖(Case1，Ra=30%，m=0.2，L=12mm) 65
圖4-10 剪應變分佈圖(Case2，Ra=45%，m=0.2，L=12mm) 65
圖4-11 剪應變分佈圖(Case3，Ra=60%，m=0.2，L=12mm) 66
圖4-12 不同摩擦應力所對應之剪應變分佈圖 66
(Case1，Ra=30%，L=12mm)
圖4-13 不同摩擦應力所對應之剪應變分佈圖 67
(Case2，Ra=45%，L=12mm)
圖4-14 不同摩擦應力所對應之剪應變分佈圖 67
(Case3，Ra=60%，L=12mm)
圖4-15 剪應變分佈圖(Case4，Ra=45%，m=0.2，L=8mm) 68
圖4-16 剪應變分佈圖(Case5，Ra=45%，m=0.2，L=16mm) 68
圖4-17 不同模長對應之剪應變分佈圖 69
(Ra=45%，m=0.2)，實驗結果
圖4-18 不同模長對應之剪應變分佈圖 69
(Ra=45%，m=0.2)，FEM解
圖4-19 不同模長對應之剪應變分佈圖 70
(Ra=45%，m=0.2)，UB解
圖4-20 Case1擠製力-擠製行程圖 70
(Ra=30%，m=0.2，L=12mm)
圖4-21 Case2擠製力-擠製行程圖 71
(Ra=45%，m=0.2，L=12mm)
圖4-22 Case3擠製力-擠製行程圖 71
(Ra=60%，m=0.2，L=12mm)
圖4-23 縮減率對擠製壓力比較圖(L=12mm) 72
圖4-24 Case1擠製力-擠製行程圖 72
(Ra=30%，m=0.23，L=12mm)
圖4-25 Case2擠製力-擠製行程圖 73
(Ra=45%，m=0.23，L=12mm)
圖4-26 Case3擠製力-擠製行程圖 73
(Ra=60%，m=0.23，L=12mm)
圖4-27 不同模長對應之擠製力-擠製行程圖 74
(Ra=45%，m=0.2)，實驗結果
圖4-28 不同模長對應之擠製力-擠製行程圖 74
(Ra=45%，m=0.2)，FEM解
圖4-29 模長對擠製壓力比較圖(RA=45%) 75
圖4-30 形狀參數b對擠製力圖 75
圖4-31 通過直線模之變形場圖(Ra=30%，m=0.2，L=12mm) 76
圖4-32 通過拋物線模之變形場圖(Ra=30%，m=0.2，L=12mm) 76
圖4-33 通過直線模之變形場圖(Ra=45%，m=0.2，L=12mm) 77
圖4-34 通過拋物線模之變形場圖(Ra=45%，m=0.2，L=12mm) 77
圖4-35 通過直線模之變形場圖(Ra=60%，m=0.2，L=12mm) 78
圖4-36 通過拋物線模之變形場圖(Ra=60%，m=0.2，L=12mm) 78
圖4-37 通過不同模具曲線之剪應變比較圖 79
(Ra=30%，m=0.2，L=12mm)
圖4-38 通過不同模具曲線之剪應變比較圖 79
(Ra=45%，m=0.2，L=12mm)
圖4-39 通過不同模具曲線之剪應變比較圖 80
(Ra=60%，m=0.2，L=12mm)
圖4-40 通過不同模具曲線之擠製力比較圖 80
(Ra=30%，m=0.2，L=12mm)
圖4-41 通過不同模具曲線之擠製力比較圖 81
(Ra=45%，m=0.2，L=12mm)
圖4-42 通過不同模具曲線之擠製力比較圖 81
(Ra=60%，m=0.2，L=12mm)
圖4-43 實驗曲線之變形場圖(Ra=30%，L=12mm) 82
圖4-44 直線之變形場圖(Ra=30%，L=12mm) 82
圖4-45 拋物線之變形場圖(Ra=30%，L=12mm) 83
圖4-46 通過實驗曲線模之剪應變圖(Ra=30%，L=12mm) 83
圖4-47 通過直線模之剪應變圖(Ra=30%，L=12mm) 84
圖4-48 通過拋物線模之剪應變圖(Ra=30%，L=12mm) 84
圖4-49 通過實驗曲線模之剪應變圖(Ra=45%，L=12mm) 85
圖4-50 通過直線模之剪應變圖(Ra=45%， L=12mm) 85
圖4-51 通過拋物線模之剪應變圖(Ra=45%，L=12mm) 86
圖4-52 通過實驗曲線模之剪應變圖(Ra=60%，L=12mm) 86
圖4-53 通過直線模之剪應變圖(Ra=60%，L=12mm) 87
圖4-54 通過拋物線模之剪應變圖(Ra=60%，L=12mm) 87
圖4-55 通過不同模具曲線之擠製力比較圖(Ra=30%，L=12mm) 88
圖4-56 通過不同模具曲線之擠製力比較圖(Ra=45%，L=12mm) 88
圖4-57 通過不同模具曲線之擠製力比較圖(Ra=60%，L=12mm) 89
圖4-58 直線之變形場圖(Ra=45%，m=0.2，L=8mm) 89
圖4-59 拋物曲線之變形場圖(Ra=45%，m=0.2，L=8mm) 90
圖4-60 直線之變形場圖(Ra=45%，m=0.2，L=16mm) 90
圖4-61 拋物曲線之變形場圖(Ra=45%，m=0.2，L=16mm) 91
圖4-62 通過不同模具曲線之剪應變比較圖 91
(Ra=45%，m=0.2，L=8mm)
圖4-63 通過不同模具曲線之剪應變比較圖 92
(Ra=45%，m=0.2，L=16mm)
圖4-64 通過不同模具曲線之擠製力比較圖 92
(Ra=45%，m=0.2，L=8mm)
圖4-65 通過不同模具曲線之擠製力比較圖 93
(Ra=45%，m=0.2，L=16mm)
表目錄
頁碼
表3-1 實驗模具幾何尺寸相關參數值 94

參考文獻

參考文獻
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指導教授

葉維磬(WEI-CHING YEH)

審核日期

2003-7-16

推文