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高速列车新型铝合金车体型材的挤压加工与仿真分析
| 论文题名： | 高速列车新型铝合金车体型材的挤压加工与仿真分析 |
| 关键词： | 高速列车;铝合金车体型材;铝基复合材料;模具设计;数值模拟 |
| 摘要： | 随着生活水平的提高和科学技术的进步，人们的出行方式有了更多的选择，对交通工具的舒适性、安全性提出了更高的要求。高速铁路由于载客容量大、速度快、安全稳定、环境舒适、能耗低等特点，成为当下最安全、最经济的出行方式。但是，随着工业技术的发展，能源、资源、环境等全球性挑战日益突出，轻量化成为节省资源、减少污染的重要方法，同时也是现代交通车辆生产制造所追求的目标。提高车体轻量化，就是在保证车体运行安全的基础上，尽量减轻车体结构的重量。本文根据轻量化原则，首先制备了新型铝基复合材料，利用万能拉伸试验机和维氏硬度仪进行力学性能的测试分析。然后选取车体局部型材，分析截面形状，设计相应的挤压模具，最后将制备的新型铝基复合材料作为车体材料，进行车体型材挤压过程的模拟分析。详细研究内容如下： （1）本文以6061铝合金为基础研究对象，运用纳米颗粒增强铝基复合材料性能的方法，将Al2O3/RGO作为增强体颗粒，采用高能球磨、粉末冶金和热挤压方法制备了不同质量分数的Al2O3/RGO纳米颗粒增强铝基复合材料。 （2）探究了铝基复合材料的物理属性和力学性能。测量了新型铝基复合材料的密度及致密度，对复合材料的形貌、物相组成等进行了表征，测试了新型铝基复合材料的机械性能，研究了不同质量分数的Al2O3/RGO对铝基复合材料的影响，并对增强机理进行了分析。 （3）通过力学实验发现添加Al2O3/RGO纳米颗粒后铝基复合材料的力学性能得到了很大提升，当Al2O3/RGO为0.1wt.%时，硬度HV(0.1)达到了97.78HV，屈服强度提升到了270MPa，提高了58.9%，抗拉强度上升到286MPa，提高了50.8%，选择性能最优的复合材料作为车体材料。 （4）对选取的车体型材进行断面结构分析，根据挤压模具设计准则，对车体型材相应的模具进行了设计和几何建模，并进行了强度校核。由于挤压过程中模具温度和坯料-模具界面接触状态不断变化，是一个多因素耦合的过程，在这个过程中，金属材料在各种应力状态下经历了严重而复杂的变形，很难用大量实验的方法对其进行定量研究，本文使用HyperXtrude软件对设计的铝型材挤压模具进行虚拟试模，最后得出型材流速、模具应力分布和挤压时温度的分布。 本文通过对Al2O3/RGO纳米颗粒增强铝基复合材料力学性能进行试验，当Al2O3/RGO为0.1wt.%时，复合材料性能最优，将其作为新型铝基复合材料运用到车体型材上，综合模具设计，对型材挤压过程进行了数值模拟，挤压过程达到稳定状态，型材表面良好，达到了实际生产的要求。 |
| 作者： | 郑海涛 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 王鸿鼎;李兰勋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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