TC4钛合金动态本构模型与高速切削有限元模拟

利用SHPB实验装置,测试TC4钛合金在20～600℃、应变率为103～104s-1下的流动应力和应变的关系,应用自适应遗传算法(GA)优化建立适合高速切削模拟的Johnson-Cook(JC)热粘塑性本构模型,该模型可在较高温度和较宽应变率范围内精确预测TC4的流动应力。以所建的Johnson-Cook模型为材料本构模型,应用大型商用有限元软件ABAQUS,并使用切屑分离准则,建立高速正交切削有限元模型。将模拟结果与高速正交车削的实验数据进行比较,证实本构模型和有限元模拟的正确性。     

7055铝合金薄板件时效应力松弛成形有限元模拟

分析等厚薄板件的弯曲时效应力松弛成形过程,通过应力松弛拉伸试验确定7055T7751铝合金在182 ℃下的应力松弛本构方程,应用有限元方法对该铝合金等厚薄板件的单曲率弯曲时效应力松弛成形过程进行模拟计算,分析薄板件在成形过程中应力和应变的变化情况,最后通过对比薄板件弯曲回弹的试验结果和模拟结果,说明利用该本构方程建立的有限元模型对回弹的预测有效。     

7055铝合金薄板件时效应力松弛成形有限元模拟

分析等厚薄板件的弯曲时效应力松弛成形过程,通过应力松弛拉伸试验确定7055T7751铝合金在182℃下的应力松弛本构方程,应用有限元方法对该铝合金等厚薄板件的单曲率弯曲时效应力松弛成形过程进行模拟计算,分析薄板件在成形过程中应力和应变的变化情况,最后通过对比薄板件弯曲回弹的试验结果和模拟结果,说明利用该本构方程建立的有限元模型对回弹的预测有效。     

冲击载荷下Al-Mg-Si-Cu铝合金的变形行为及本构模型

使用分离式霍普金森压杆(SHPB)对Al-0.59Mg-0.58Si-0.2Cu(质量分数/%)铝合金进行室温下、应变率为(800～5 200)s-1的高速冲击试验,分析其变形行为,并确定Johnson-Cook本构方程。结果表明:Al-Mg-Si-Cu铝合金在室温高速冲击变形过程中,应力不随应变率增加而增加;当应变率为800、2 500、3 100 s-1,应变为0.08时,随着应变率的增加,织构类型发生改变,平均斯密特因子和应力减小;确定Al-Mg-Si-Cu铝合金的J-C本构方程,本构拟合结果与试验结果吻合。     

基于Johnson-Cook本构模型的高强度装甲钢动态力学性能参数标定及验证

具有高屈服强度的某装甲钢广泛应用于我国装甲车辆。为准确模拟该装甲钢的动态力学行为,开展基于Johnson-Cook（J-C）本构模型的动态本构参数标定及验证。采用万能材料试验机对该装甲钢进行不同温度下的准静态拉伸试验,同时采用分离式霍普金森压杆开展不同应变率下的压缩性能测试。基于实验数据和J-C本构模型,拟合得到该装甲钢的本构参数。基于轻气炮开展泡沫铝弹丸冲击均质梁的实验研究,分别采用J-C本构模型和理想弹塑性模型进行有限元仿真计算,并将冲击实验与数值结果进行对比分析。结果表明：该装甲钢具有应变率强化效应,且温度软化效应显著;采用J-C本构模型仿真的均质梁峰值挠度与试验结果的相对误差为1.7%~6.1%,残余挠度相对误差为0.6%~7.6%。     

7055铝合金高速切削三维有限元模拟

基于ABAQUS建立YG硬质合金刀具铣削7055铝合金的三维有限元模型,并对三向切削力及切削温度进行三维有限元模拟。结果显示:切削力仿真值与实验值之间有合理一致性,切削温度仿真值与实验值之间的最大误差为15%,在允许范围内,对实际生产及切削参数优化提供指导意义。     

TC4合金切削有限元模拟动态本构模型的建立

用多元函数的下山单纯形法对切削实验所得Johnson-Cook模型中的5个参数进行优化,并应用大型商用有限元软件Marc,建立高速切削有限元模型,通过有限元迭代分析,得到较高精度的高速切削Johnson-Cook本构方程,经验证,该本构方程可以大大提高模拟计算的精度。     

7055铝合金高速铣削表面粗糙度预测模型研究

为研究表面粗糙度对成品构件性能的影响,结合高速铣削实验及金相观察,通过切削参数单因素实验,探明了铣削速度、切削深度和进给量对7055-T6态铝合金板切削力和表面粗糙度的影响规律;结合经验公式,利用Matlab7.0软件编程,建立了7055铝合金表面粗糙度预测模型。结果表明:随着铣削速度增大,切削力和表面粗糙度先增大后减小;随着切削深度和进给量的增大,切削力和表面粗糙度都随之增大;模型预测值与实验结果相差较小,表明该模型能较好地预测7055铝合金高速切削后的表面粗糙度。     

7A52/7055铝合金层合结构动态力学性能研究

对7A52/7055铝合金层状复合材料进行准静态压缩试验以及不同温度、不同应变速率条件下的冲击压缩试验,并分析其应力-应变、能量吸收和本构模型。结果表明:当应变率为(1 000～3 000)s-1时,7A52/7055铝合金层状复合材料在高应变率下敏感性较高,其流动应力随应变率的增大而升高,在高温条件下材料的流动应力变化不明显;在350℃时能量吸收效果明显,当7A52和7055层厚比为1∶2时,能量吸收效果最佳;基于MATLAB curvefitting拟合出的Johnson-Cook模型能较好地预测试验中铝合金层状复合材料的流动应力。     

7A52铝合金Johnson-Cook本构模型的有限元模拟

为探究7A52铝合金的流动应力变化规律,在材料拉伸试验数据基础上,建立Johnson-Cook本构模型。利用有限元软件AQAQUS,模拟7A52铝合金在温度为25~400℃、应变率为0.1~10 000 s~(-1)的准静态和动态拉伸试验。结果表明:温度和应变率都会影响7A52铝合金的流动应力,但对温度的敏感性较大,对应变率敏感性较小;流动应力随着温度的升高而减小;流动应力随着应变率的增加而增大,尤其在应变率高于1 000 s~(-1)时影响更加明显。所建有限元模型结果与试验结果吻合较好,证明该Johnson-Cook本构模型能够在一定温度和应变率范围内预测7A52铝合金的流动应力。     

高应变率下弹道明胶的本构模型研究

为了更好地进行枪弹和破片终点效应的数值模拟工作,综述了弹道明胶物理性质的实验研究现状;分析了应变率相关超弹性本构模型和流体弹塑性本构模型的特点,结合相关实验数据推导得到了弹道明胶的状态方程系数;进行了球形杀伤元高速侵彻弹道明胶的实验,并建立了对应的有限元模型;两种不同本构模型得到的数值结果与实验数据的对比表明,在高应变率下流体弹塑性本构模型能更好地模拟弹道明胶响应。弹道明胶虽然是一种应变率敏感材料,但在高应变率下由高压导致的材料可压缩性占主导,其物理响应可以用一定形式的动载本构关系（流体弹塑性本构）予以近似。     

药型罩材料本构模型对EFP数值模拟的影响

药型罩材料本构模型对EFP数值模拟结果影响较大,为完成某球缺罩EFP的设计,分别选择J-C本构和Steinberg本构为紫铜药型罩材料模型,基于Autodyn开展110 mm口径球缺药型罩EFP成型与侵彻对比计算.结果表明,使用J-C本构与Steinberg本构,EFP在成型过程中总体变形一致,但后者对应的弹丸尾部有较大部分与主体断裂,材料出现超过3.0E +7的应变,不符合物理事实;侵彻钢靶模拟,2种方法最大侵彻深度相差较小.综合而言,建议球缺药型罩EFP成型及侵彻模拟计算中应优先选取J-C本构模型.     

冲击载荷下延性材料的动态本构关系与动态断裂

基于Y/G及G/B为常数的假设,构建了7种高压与高应变率本构模型,采用所构建的7种本构模型对于高导无氧铜(OFHC)的平面冲击波试验进行了数值模拟。结果表明,平面冲击波载荷下OFHC的屈服强度对于压力、密度、温度以及塑性应变的依赖性是本构描述的关键。由Hopkinson试验取得的OFHC高应变率本构模型,并不适合描述平面冲击波载荷下的本构特性。采用层裂过程中的应力松弛方程,建立了一种基于空穴聚集的延性层裂模型,依赖于应力的层裂空隙度方程被耦合计及损伤的总体控制方程。数值模拟了多种材料的平面冲击致层裂试验。采用Hopkinson拉伸装置和一种基于一级气体炮的高速冲击拉伸断裂装置,研究了OFHC铜杆在一系列冲击拉伸速度下的断裂。一种受单轴冲击拉伸荷载的中心含椭球空穴的样本体积单元用于数值模拟空穴的增长与失稳,以空穴形状演化为判据,比较了空穴失稳时的单元平均径向应变与无凹槽杆的冲击断裂应变。     

反求材料JC本构方程系数方法的改进

基于材料切削过程的有限元仿真结果和切削实验数据,提出一种采用多元函数的下山单纯形法来修正材料的本构方程系数的改进方法。该方法充分考虑材料Johnson-Cook(JC)本构方程系数的物理意义,将修正系数数目从5个(A、B、n、C、m)降低为2个(C、m),从而减少了修正过程中40%的有限元仿真工作量。将改进方法获得的45钢JC本构方程系数代入Advant Edge软件,预测出的主切削力Fc和切削推力Ft的平均相对误差分别为13.82%和10.04%,与原方法产生的误差基本相当,从而验证了所提方法的有效性和可行性。     

Gleeble3500热模拟试验构建本构方程的速率及温度修正研究

利用Gleeble3500热模拟试验机进行材料的高速(应变速率大于1 s-1)试验时,由于采用的stroke模式导致速率偏离目标速率以及塑性功转化热在短时间内散发不出去,使试样温度偏离设置温度、材料变形偏离目标变形条件。为构建材料真实变形条件下的本构方程,通过分析速率及温升与应变之间的关系,在传统本构方程的基础上构建了带有速率修正和温度弹跳的本构方程模型。结果表明,修正后的本构方程具有较高的预测精度。     

电铸Ni-W合金高应变率下的流变应力特征

利用Gleeble-1500型热模拟机和分离式Hopkinson压杆实验装置,对700℃下退火2 h的电铸Ni-W合金进行压缩试验,测定合金在准静态条件(10-3~10-1s-1)和高应变率(650~2 200 s-1)下的应力-应变曲线。结果表明,在高应变率条件下,电铸Ni-W合金具有应变率增强、增塑及应变强化效应。高应变率下的塑性变形过程中产生的绝热升温对材料起软化作用。基于Johnson-Cook(J-C)本构模型,引入绝热温升软化项对模型进行修正,通过实验数据拟合得到电铸Ni-W合金的动态塑性本构关系。     

HNi55-7-4-2合金高温本构模型构建及应用

HNi55-7-4-2合金是一种新型复杂耐磨黄铜合金,为建立该材料基于有限元FORGE平台的本构模型,用Gleeble-3500热模拟试验机对其在变形温度为600～800℃、应变速率为0.01～10 s~(-1)的范围内进行等温热压缩试验。基于Hansel-Spittel模型建立该合金的本构模型,引入统计学方法及数值模拟对模型精度量化评估。结果表明:所建立模型的平均相对误差绝对值和均方根误差分别为5.679 1%和2.645 6 MPa,相关系数为0.991 2,数值模拟得到的力-位移曲线与试验数据吻合,本构模型预测精度较高。将该模型应用于某齿环热精锻成形数值模拟,模拟结果与实际生产结果吻合。     

刀具形状及工艺参数对模具钢NAK80高速切削过程的影响

通过建立等效二维高速切削有限元模型,对影响模具钢NAK80切削过程的因素进行研究。通过Johnson-Cook材料本构方程描述材料特性,切屑的分离采用基于断裂力学的几何—物理分离准则,用修正的库伦摩擦定律表征前刀面与工件的接触状态。对不同刀具前角、切削速度、切削深度下的高速切削过程进行仿真,分析不同参数下切屑形态、切削力与切削温度的变化情况。结果表明,合理的选择刀具前角、切削速度与切削深度,可以优化切屑形态,降低切削力与切削温度,对切削过程的优化具有一定的指导意义。     

应变率相关的混凝土连续损伤本构模型

针对混凝土在爆炸和高速撞击、侵彻等典型动态加载下的响应问题,在开发动态本构模型方面做了相应研究,自行开发了适合描述混凝土大变形、高应变率、高压加载响应的计算本构模型--混凝土率相关连续损伤模型(RDCDMC),并将其引入三维动力有限元程序LS-DYNA.模型在考虑混凝土的损伤(包括拉、压损伤)、应变率效应及破坏模式的完备性方面有所进步.模型的可行性和有效性在相关的数值模拟工作中得到了检验.     

正火态50SiMnVB钢Johnson-Cook本构方程的建立

对正火态的50SiMnVB钢常温下的准静态和动态力学特性进行测试,得出材料在不同应变率下的应力-应变曲线。根据Johnson-Cook模型,建立正火态50SiMnVB钢从准静态到动态较宽应变速率范围的物理本构方程。对比结果表明,所建立的本构方程和实验结果吻合较好。