正交各向异性有限变形下材料的粘塑性力学行为的研究

给出正交各向异性有限变形下的统一粘塑性理论中的 Walker模型的本构表达并成功地利用参数控制法(GPM方法 )对其进行数值计算 ,推导出 Walker模型的隐式应力积分过程。在计算的基础上 ,研究了温度、应变率对材料的应力应变关系的影响 ,以及蠕变 ,应力松弛 ,热恢复及循环塑性这些高温下材料的粘塑性力学行为。     

基于循环拉-压试验的混合硬化模型参数确定及模型应用

材料弹塑性本构模型是影响有限元模拟精度的最重要因素,混合硬化本构模型能较准确表现材料塑性变形过程真实硬化特征,而本构模型中材料特性相关参数是否准确直接影响到有限元模拟的精度。基于Hill48各向异性屈服准则,结合Voce各向同性硬化模型和Armstrong-Frederic非线性随动硬化模型,建立一个考虑材料各向异性和Bauschinger效应的混合硬化弹塑性本构模型。通过循环拉伸-压缩试验,获得DC54D+ZF镀锌板的循环变形应力-应变曲线,并利用通用全局优化算法,根据单向应力状态混合硬化本构方程,准确地确定了混合硬化模型中的材料特性参数。最后,使用ABAQUS有限元软件对板材循环拉伸-压缩问题和板材过拉深筋问题进行该本构模型的适用性分析,验证了所建立的各向异性混合硬化材料本构模型的可靠性和精确性。循环拉伸-压缩试验是直接准确地获得本构模型材料参数的有效方法。     

变温情形下单晶体热-粘塑性有限变形的分析方法

提出一种对单晶体热-粘塑性力学行为的分析方法.该方法跟随加载路径对考虑变温过程的单晶体粘塑性构形演化进行增量计算,而用Hencky对数弹性应变在卸载构形的基础上来计算总量的应力;在对滑移系增量分切应力、分切应变及硬化函数的增量非线性本构关系的计算过程中采用泰勒展开得到了便于求解的线性方程组,同时得到了用于计算有限元刚度矩阵的本构矩阵,该格式在本构计算时不需进行迭代因而有较高的计算效率.     

基于改进温度模型的300M钢本构方程参数识别

为了提高通过切削实验获取材料本构方程参数的精度,提出了将基于移动热源理论的温度分布模型沿剪切面积分计算剪切区平均温度的方法,结合不等距剪切区模型求得等效应变和应变率,建立了材料Johnson-Cook(J-C)本构方程参数的求解模型。根据切削实验获取的切削力和切屑厚度数据并采用遗传算法求得了300M钢J-C本构方程参数。与AdvantEdge FEM软件自带的300M钢本构模型相比,用所求模型参数仿真得到的主切削力、进给力和切屑厚度的精度有显著提高,验证了所建本构方程参数求解模型的有效性。     

低频振动塑性成形粘弹塑性模型的体积效应分析

采用Kirchner对应变时间历程的基本假设,针对振动拉伸建立一个一维粘弹塑性模型;利用MATLAB中的符号计算,推导粘弹塑性本构方程的显式表达式.通过确立粘弹塑性边界并对本构方程进行数值求解,可以确定金属在振动加工过程中,其应力应变在粘弹性与粘塑性之间的变化情况.通过计算瞬时应变的大小与屈服限建立粘弹性变形和粘塑性变形的判断准则.在考虑粘弹塑性本构关系中的后继屈服情况、应变历程、应变率历程及弹性应变等因素后,可以确定单轴振动拉伸时材料变形的动态应力和平均应力.根据所给定的振型参数和材料力学性能参数,结合特定的振动拉伸实例,分别得出金属在准静态拉伸和振动拉伸时的动态应力-时间、动态应力-应变和平均应力-应变率的变化趋势等,实现基于粘弹塑性本构关系的低频振动塑性成形的体积效应机理分析.     

基于全局优化算法的超塑性本构模型参数的识别

考虑晶粒长大的超塑性本构模型能否成功模拟成形过程依赖于参数选取的好坏,由于该模型涉及多个物理过程且每个过程都很难同其他过程区别开来,同时模型中包含多个材料参数,因此很难通过试验直接识别模型中的材料参数。模型中材料参数通过反分析方法进行。给出需要识别参数的超塑性本构模型,以使晶粒尺寸—时间关系和应力—应变关系计算值和试验值差值的加权平方和最小化为目标,构造目标函数;基于参数物理意义和数值结果给出参数取值范围。基于目标函数特性构造一全局优化算法,该算法吸收遗传算法能进行全局搜索的优点和Levenberg-Marquardt算法和增广Gauss-Newton算法收敛速度比较快的优点。针对某些参数取值范围比较大的特点,设计出同时使用指数编码和传统实型编码的混合编码的遗传算子。最后以Ti-6Al-4V为例,应用构造的算法识别超塑性本构模型中的材料参数,计算结果和试验结果符合较好。     

应变梯度理论的新进展（一）：偶应力理论和SG理论

介绍两种应变梯度塑性本构模型：ＣＳ应变梯度理论－偶应力理论，ＳＧ应变梯度塑性理论，并对它们在断裂国 的应用进行了评述。给出一种考虑可压缩性的方法，并根据这种模型用薄梁弯曲的例了给出了可压缩性的影响，本文的讨论虽限制在形变理论范围内，但按照相应的方法也可以得到流动理论的形式。     

各向异性非线性随动硬化本构模型的建立及应用

基于平面应力假设,采用HILL48各向异性屈服准则和A-F非线性随动硬化模型及塑性流动法则建立一种各向异性非线性随动硬化本构模型。运用向后欧拉回映算法,通过Fortran语言编写UMAT子程序,将该本构模型嵌入到ABAQUS软件中。以板料经过拉深筋的循环加载问题为研究对象,利用开发的本构模型、ABAQUS软件中的各向同性屈服及随动硬化模型对板料经过拉深筋的变形过程进行数值模拟分析,得到切向应力-应变循环变化曲线。对比试验结果,开发的弹塑性本构模型的计算精度更高,验证了所建本构模型的有效性,该模型可以应用于板料反向加载变形行为研究。     

比例加载路径下板料本构模型的建立及实验验证

根据单位体积塑性功相等原理，基于Druker公设以及等向强化模型，利用比例加载的特点，推导出板料在无卸载比例加载路径下的双向拉伸本构模型，并给出几种不同屈服准则下的本构模型。采用两种薄钢板BH220、SPEN进行了十字形双向拉伸实验研究，给出了这两种薄钢板在加载比例1：1和2：1情况下应力应变关系的理论曲线和实验曲线对比分析结果。结果表明，在小变形范围内，采用Hosford、Barlat89、Mises屈服准则得到的双向拉伸应力应变曲线与实验结果符合得较好。结合已有文献的研究结果说明：在小变形范围内以及无卸载比例加载路径下双向拉伸本构模型是正确性的；在小变形比例加载情况下，各向异性板料的强化规律为等向强化。     

基于塑性流动本构关系的多步反向模拟法

传统板料成形反向模拟法的本构关系是建立在塑性形变理论的基础上,无法考虑变形历史的影响.提出一种新型有效的多步反向模拟法,采用弹塑性材料模型提高计算精度:引入DKT12薄壳单元考虑类似模具圆角处的弯曲一反弯曲效应等应变历史的影响.提出一种基于塑性流动理论的本构方程,可以快速准确地处理弹/塑性变形及加载/卸载状况,提高了应...     

NiTiNb记忆合金热力学性能的试验及其唯象本构模型

现有形状记忆合金(Shape memory alloy, SMA)管接头数值分析中没有考虑塑性变形及其影响,基于不可逆热力学框架,考虑塑性变形对逆向马氏体相变的影响,构建相变和塑性耦合的NiTiNb SMA唯象学本构模型,基于有限元软件ABAQUS二次开发功能,编译用户自定义子程序,对SMA热机耦合作用过程进行数值模拟,并与NiTiNb合金低温下的拉伸和约束升温性能试验研究结果对比。结果表明,数值分析结果能够很好地描述试验所得的应力应变曲线和升温过程的应力温度曲线特征,能够描述材料预变形提高逆向马氏体相变温度的规律,得到低温变形及升温恢复过程中材料内部Mises应力、等效相变应变和等效塑性应变的演化规律。结果表明数值仿真与试验取得了较好的一致性,为进一步的SMA管接头装配性能模拟及设计优化奠定基础。     

考虑塑性体积变化的弹塑性应力测量理论

考虑到许多金属材料塑性体积变化不等于零的事实, 建立了塑性体积变化的基本本构方程。为了能够根据全应变的测量值求得弹塑性应力值, 将塑性应变由全应变中进行了分离,并给出了基本方程中各参数的标定方法。同不考虑塑性体积变化的传统理论相比, 可作为各种结构物用电测法测定弹塑性应力的更佳的理论基础。     

高强铝合金热塑性变形本构关系研究现状及发展趋势

高强铝合金热成形工艺条件下的变形行为表征，需要在考虑温度、应变速率及应变影响的基础上结合微观演化行为建立热塑性本构关系。总结了高强铝合金热塑性变形本构关系相关研究成果。研究结果表明：广泛应用的唯象本构模型通过修正模型参数可以充分耦合应变、温度及应变速率作用，并准确地预测不同变形条件下的流动应力，然而缺乏对变形机制的明确解释，使得唯象本构模型对试验温度、应变速率变化范围较大以及试验条件范围外的变形行为预测精度难以得到保证；基于物理意义的本构模型能够模拟位错密度、晶粒尺寸及动态再结晶等微观演化过程，对流动应力进行精确计算，展现了强大的宏微观变形预测能力，是高强铝合金热塑性变形本构关系的研究趋势。     

基于高速等温压缩试验构建普碳钢考虑温度弹跳的热变形本构方程

采用Gleeble3500型热模拟试验机,通过高速等温压缩试验所得的流变应力曲线以及温度变化曲线构建了传统热变形本构方程和考虑温度弹跳的热变形本构方程,并将它们与实测值进行对比,研究了普碳钢在热压缩变形过程中的温度弹跳以及其对构建本构方程精确度的影响。结果表明:在高速压缩过程中,由塑性功导致的温度弹跳使温度已严重偏离设定值,由塑性功转化热造成的温升与真应变呈线性关系,线性系数与设定的变形温度有关;构建的考虑温度弹跳的热变形本构方程比传统热变形本构方程的预测精度更高。     

基于各向异性弹塑性损伤模型的钣材单向拉伸模拟

采用基于损伤能量等效性假设的损伤演化模型，结合弹塑性损伤耦合分析的本构积分算法，建立了各向异性弹塑性损伤的有限元分析模型，研究开发了可用于板壳变形分析的厚向异性弹塑性损伤本构计算程序，对金属材料弹塑性损伤进行了数值分析研究。对于复杂的弹塑性损伤本构模型计算，通过将损伤演化模型拟合成带有微小初值的幂函数形式，对钣料单向拉伸试验进行计算，较好地模拟出了材料的应力一应变关系曲线。     

液压胀管材料性能曲线拟合方法及应用

介绍了利用材料屈服强度和极限抗拉强度两个性能参数,通过ASME材料应力应变曲线拟合方法,建立材料塑性应变强化的本构模型,在此基础上对材料的特性曲线进行双线性简化,并进一步将简化模型用于液压胀管的理论计算。最后通过实例加以说明。     

[成形过程仿真优化与集成计算材料工程]钛合金热成形工艺形变与组织演变耦合多尺度仿真研究进展

讨论了钛合金高温变形晶体塑性有限元模拟的研究进展，并分析了晶体塑性模型在钛合金细观尺度不均匀变形和组织演化方面的应用；围绕钛合金热成形过程变形与组织演变耦合模拟需求，讨论了钛合金高温成形统一黏塑性本构模型的发展过程，并介绍了统一黏塑性本构模型在钛合金热成形工艺的应用实例。统一黏塑性本构模型考虑了钛合金高温变形过程中回复、再结晶、相变、损伤等组织演变行为与宏观应力应变之间的耦合作用，为实现钛合金构件形状尺寸和组织性能的精确预测和成形工艺优化提供了有效的手段。最后分析了钛合金热成形工艺多尺度建模仍存在的问题，并展望了多尺度建模的发展趋势。     

基于变弹性模量的Ti-6Al-4V板材五点弯曲回弹预测

Ti-6Al-4V钛合金材料在弯曲成形过程中会产生较大的回弹,其弹性模量对回弹影响较大,但以往研究均未考虑材料塑性应变变化过程中弹性模量的变化。以Ti-6Al-4V钛合金为对象,进行了材料的单轴拉伸实验和循环加载卸载实验,以揭示材料各向异性参数及材料弹性模量随塑性应变变化的规律,在此基础上建立了Ti-6Al-4V钛合金变弹性模量数学模型。基于YLD2000-2D屈服准则及变弹性模量和Mises各向同性两种不同的本构模型,对常温下Ti-6Al-4V钛合金板材的五点弯曲过程进行了数值模拟,为了验证数值模拟结果,进行了常温下Ti-6Al-4V板材的五点弯曲实验,结果显示,前者显著提高了Ti-6Al-4V钛合金弯曲回弹预测精度,预测精度相比后者提高了31.18%。     

金属切削变形常用本构模型研究进展

金属切削变形过程具有高温、高应变率和较大变形的特点。材料的本构关系是用来描述温度、应力、应变等与时间的关系,因此,确定切削区工件材料的本构关系是研究金属材料切削变形及其有限元仿真的关键。本文给出了金属切削本构模型的几种试验方法,介绍了金属切削仿真中常用的本构模型,总结了金属切削领域中本构模型研究存在的不足及未来发展趋势。     

板材热轧热力耦合有限元模拟

建立了三维热力耦合问题弹塑性有限变形有限元方法,并对板材热轧过程进行了计算机模拟。材料流动应力模型中考虑了应变历史、应变速率和温度的影响,导出了与其相应的本构关系矩阵。应用该方法可以给出轧件变形过程中诸如温度场、应变场和应变速率场等各种热力结果。算例表明,该方法具有较好的精度。