TC11 钛合金流变行为及其应变分段本构模型(英文)

针对TC11钛合金,提出了基于应变分段的Arrhenius双曲正弦模型,并进行热模拟压缩试验,分析了TC11钛合金高温流变行为及流变参数对流变应力的影响。采用分段函数的Arrhenius双曲正弦方法,在不同应变区域下求出不同的材料参数,得到了更为精确的本构模型。对比试验结果表明,模型具有很高的精度,并对比了模拟结果,表明模型是可靠的。     

基于人工神经网络的高精度Ti6242s合金热变形本构模型

使用Gleeble-3800对锻态Ti6242s钛合金在温度950～1010℃、应变速率0.01～10 s-1的条件下进行了75%变形量的热压缩模拟试验。基于实验取得的真应力-真应变曲线,分别使用人工神经网络(ANN)和Arrhenius方程建立Ti6242s合金本构模型,研究其热变形行为。结果表明:流变应力在变形开始后迅速上升至峰值应力,随后硬化与软化达到动态平衡,在真应变达到0.6后加工硬化逐渐占据主导,硬化幅度随应变速率的增大而提高;人工神经网络本构模型预测值的平均相对误差(AARE)为2.25%,决定系数(R2)为0.999 06;Arrhenius方程本构模型预测值的AARE为14.40%,R~2为0.954 68,精度在参数范围内波动较大;ANN本构模型精度远高于Arrhenius本构模型,且在整个参数范围内具有一致的精度;ANN本构模型具有良好的泛化能力,在实验参数范围外预测流变应力仍具有较高的精度。     

Flow Behavior and Constitutive Model Using Piecewise Function of Strain for TC11 Alloy

针对TC11钛合金,提出了基于应变分段的Arrhenius双曲正弦模型,并进行热模拟压缩试验,分析了TC11钛合金高温流变行为及流变参数对流变应力的影响。采用分段函数的Arrhenius双曲正弦方法,在不同应变区域下求出不同的材料参数,得到了更为精确的本构模型。对比试验结果表明,模型具有很高的精度,并对比了模拟结果,表明模型是可靠的。     

等离子烧结态TC4钛合金热变形行为及本构模型研究

在Gleeble-1500D热模拟机上对等离子烧结态TC4钛合金开展单向热压缩实验,研究该合金在应变速率为10-3～5 s~(-1)、变形温度为850～1050℃条件下的热变形行为。根据Arrheniu方程构建符合等离子烧结态TC4钛合金高温塑性变形的本构方程。结果表明:在初始变形阶段,由于加工硬化的作用,等离子烧结态TC4钛合金流变应力值随应变的增加迅速达到峰值应力,而后应力值开始减小并趋于稳定,表明该合金变形行为符合稳态流变特征;采用所建立的等离子烧结态TC4钛合金的Arrhenius双曲正弦本构方程能够较好地预测TC4钛合金的峰值应力,且预测值与实测值之间的平均相对误差为6. 73%。在950℃和0. 1 s~(-1)以及1050℃和5 s~(-1)条件下,模型平均相对误差绝对值分别为2. 03%和4. 67%。等离子烧结态TC4钛合金的平均变形激活能为411 k J·mol~(-1),平均应变速率敏感指数为0. 21。     

铸态GH4169合金热变形行为及三种本构模型对比

在Gleeble-1500热力模拟机上对铸态GH4169合金进行热压缩试验,变形参数为:温度(1193～1373K)、应变速率(0.01～10s~(-1))、变形量50%。通过分析真应力真应变曲线,研究铸态GH4169合金的热变形行为;对比分析了Johnson-Cook(JC)、修正的Johnson-Cook(MJC)和应变补偿Arrhenius3种本构模型的相关系数(R)和平均相对误差(AARE)。结果表明:铸态GH4169合金的流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。JC模型、MJC模型和应变补偿的Arrhenius本构模型的相关系数(R)分别为0.891、0.956和0.961,AARE依次为29.02%、11.16%和9.31%。因此,应变补偿的Arrhenius模型能够更为精确地描述铸态GH4169的热变形行为。     

AA7075高强铝合金热冲压流变行为本构模型对比研究

在热冲压过程中,AA7075高强铝合金板料经充分固溶后移入室温模具进行冲压成形并淬火。为表征AA7075铝合金在热冲压工艺中的变形行为,在温度200~480℃、应变速率0.01~10s-1范围内进行了高温拉伸试验。基于Arrhenius类型本构模型、Johnson-Cook模型以及Zerilli-Armstrong模型提出了多种修正本构模型,并应用实验所获流变曲线进行了拟合。提出的修正模型通过将模型参数表示为应变、应变速率及温度相关的多项式函数耦合了应变、应变速率及温度对流变应力的影响,并通过均方误差(MSE)以及相关系数R值对模型流变应力预测准确性进行了评价。结果表明,修正的Johnson-Cook模型能够更加准确的预测AA7075高温流变行为。     

Ti-55531合金修正的Johnson-Cook本构模型的建立

对Ti-55531合金进行热压缩试验,分析该合金的高温流变行为并建立修正的Johnson-Cook本构模型,并用该模型进行了应力值预测.结果表明,该模型具有较高的预测精度.     

TC4钛合金超塑成形流变行为

针对TC4钛合金超塑成形过程中的流变行为、表征及其应用进行了研究。首先,通过恒应变率高温拉伸试验获得TC4钛合金在高温下的流变行为,发现动态回复主要作用于低应变率的变形,动态再结晶主要作用于高应变率下的应力软化机制。此外,建立一套修正的本构模型用以表征材料的高温流变行为,预测值与试验值之间的平均相对误差为13.09%,证实该本构模型适应于表征钛合金超塑成形的应力-应变关系。最后,基于本构模型,结合ABAQUS有限元软件的CREEP蠕变子程序,考虑应变补偿的影响,开发了一种针对TC4钛合金高温超塑行为数值模拟的方法。以高温拉伸试验为研究对象,分别针对数值模拟应变率、应力和应变结果进行分析,验证了该方法的有效性。     

1060Al/Al-Al2O3/1060Al层状铝基复合材料热变形模型对比分析

采用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度为25～400℃、应变速率为0.01～10s^-1和真应变为0.85的条件下,对1060Al/Al-Al₂O₃/1060Al层状铝基复合材料进行了热压缩试验,研究其热变形行为,建立了应变补偿的Arrhenius (SCA)、修正的Johnson-Cook (MJC)和修正的Zerilli-Armstrong (MZA) 3种本构模型,并对流变应力的预测值与实验值进行对比。结果表明,层状复合材料流变应力呈加工硬化型,并随温度升高或应变速率降低而降低;在100℃/0.5s^-1、200℃/0.1s^-1和300℃/0.1s^-1条件下,层状复合材料组元层间变形较为协调;3种本构模型中,MZA模型的相关系数最高,R为0.99085、平均绝对相对误差最低,e_AARE为0.046966,更适合描述1060Al/Al-Al₂O₃/1060Al层状铝基复合材料的热...     

基于AJSA-BP修正神经网络的TC4钛合金本构关系构建

研究高性能材料的热塑性变形行为及影响机理对于优化成型工艺、提升产品质量具有重要意义。基于Gleeble-3800热力模拟实验机对TC4钛合金开展高温压缩实验，在变形温度800～950℃双相区，应变速率0.001～10 s^-1条件下，该合金高温流变应力随变形温度的升高以及应变速率的降低显著降低，且具备典型动态再结晶的特征。同时，为了进一步提高材料本构模型的计算精度，本文提出一种基于AJSA-BP修正的本构关系，旨在辅助搜索优化BP神经网络训练过程中的权值和阈值，并与基于应变补偿的Arrhenius新型本构模型进行对比分析。结果表明，基于AJSA-BP算法计算的应力预测值偏差率不大于15%的占比为95.65%,平均相对误差为3.83%,具有更为显著的计算精度优势，可用于指导金属高温流变应力的精确预测。     

轻轨用55Q钢的高温流变应力本构模型

通过Gleeble-3800热模拟实验机,在应变速率为0.1～20 s^-1、变形温度为900～1200℃的条件下对轻轨用55Q钢进行轴向单道次压缩实验,得到55Q钢的真应力-真应变曲线,并分析研究了不同热加工条件对55Q钢高温流变应力的影响。实验结果表明：在相同变形温度下,低应变速率时的流变应力较低,在相同应变速率下,高温时的流变应力较低,说明低应变速率和高温有利于动态软化。对流变应力、应变速率和变形温度之间的关系进行线性拟合,建立了55Q钢的修正Johnson-Cook本构模型和基于应变补偿的Arrhenius本构模型,对比两种模型发现,基于应变补偿的Arrhenius本构模型的预测精度更高,能够较好地揭示55Q钢的热变形特性。     

基于材料参数演化修正Arrhenius模型与BP-ANN模型的近 β Ti-55511合金等温压缩过程流动应力预测

为了研究Ti-55511合金在近β区域的热流动行为,在温度973–1223 K、应变速率0.001–1 s^-1条件下,利用Gleeble.3500热模拟试验机进行了等温压缩试验。对实验获得的流动应力曲线进行了修正,降低了摩擦与绝热温升等因素对流动应力的影响。采用考虑材料参数演化的修正Arrhenius模型和反向传播人工神经网络(BP-ANN)模型对钛合金热变形过程中的流动应力进行预测,并通过统计分析对预测模型精度进行了评估。将2种预测模型扩展的应力、应变数据植入有限元,模拟了热压缩实验过程。结果表明,Ti-55511合金的流变应力与应变速率呈正相关,与温度呈负相关,合金软化机制主要为再结晶。修正后的Arrhenius模型和BP-ANN模型都能描述流体的流动行为,BP-ANN模型在α+β区域的拟合精度高于修正后的Arrhenius模型,而在β区域的拟合精度低于修正后的Arrhenius模型。     

GH3128合金热变形行为与唯象本构模型

利用室温与高温拉伸实验,探究了GH3128合金在不同温度下的变形行为与微观组织演变规律,发现在温度为1050℃、应变速率为1 s^-1的条件下材料仍具有较好的硬化能力,且变形均匀。构建了GH3128合金室温和高温两套唯象本构模型：室温模型包括Ludwik模型、Ludwik简单修正模型和Ramberg-Osgood模型,高温模型包括Fields-Backofen（FB）模型和Johnson-Cook（JC）模型,利用构建的模型预测了不同温度与应变速率下GH3128合金的流变行为。结果表明：室温模型方面,Ludwik简单修正模型的预测精度最高,平均误差绝对值AARE为3.64%;高温模型方面,FB模型和JC模型由于唯象本构模型无法描述GH3128合金复杂的微观组织演变,预测精度有限。GH3128合金的热变形行为与唯象本构模型的研究为后续热成形工艺参数选择与有限元仿真提供了有效的指导。     

TC21钛合金热压缩本构方程及热加工图

为准确获得TC21钛合金塑性加工的变形特征和热加工条件，合理设计锻造工艺参数，利用Gleeble-3500热模拟机进行等温恒应变速率热压缩试验，研究了TC21钛合金在变形温度为830～1010℃、应变速率为0.01～10 s^-1条件下的热变形行为，采用Arrhenius双曲线正弦函数推导出TC21钛合金本构方程。并基于动态材料模型(Dynamic Materials Model, DMM)建立了TC21钛合金的热加工图。结果表明，在本试验的变形条件下，该合金的流变应力随着变形温度的降低和应变速率的升高而增大。根据热加工图确定了合金的热加工安全区域为：变形温度为900～940℃、应变速率为0.01～0.05 s^-1和变形温度为970～1010℃、应变速率为0.01～0.08 s^-1。     

TB6钛合金热变形行为及本构模型研究

研究材料的热变形行为及建立其本构模型是进行材料加工与模拟的基础。通过对TB6钛合金热变形行为分析,表明流变应力受应变速率的影响较显著,而变形温度对流变应力的影响程度与应变速率的大小有关。采用Arrhenius型双曲正弦方程建立了TB6钛合金流变应力本构模型。研究变形条件对TB6钛合金流变应力的影响。结果表明,可通过控制应变速率和变形激活能来控制热加工的应力水平和力能参数,为TB6钛合金塑性加工过程控制和模拟提供前提条件。     

铸态TC17钛合金流动应力预测

通过热模拟压缩试验对铸态TC17钛合金的高温变形行为进行了研究。温度范围1073-1373K,应变速率范围0.01-20s_^-1。建立了四种本构模型,分别是应变补偿双曲正弦模型、修正Arrhenius模型、Johnson Cook模型和修正Johnson Cook模型,用来表征铸态TC17钛合金的高温流动应力。采用相关系数、平均相对误差和相对误差统计分析了四种模型的准确性,结果表明：Johnson Cook模型不能用来描述铸态TC17钛合金高温流动应力;在α+β两相区,应变补偿双曲正弦模型精度最高,而在β单相区修正Johnson Cook模型更为准确;在整个变形温度范围内,应变补偿双曲正弦模型比其他几种模型的准确性更高。     

TC4钛合金神经网络本构模型及在有限元模拟中应用

利用Zwick/Roell Z100材料试验机,对TC4钛合金进行等温恒应变速率下的单向拉伸试验。基于获得的试验数据,采用BP神经网络技术建立了该合金的高温本构关系模型,并对其预测性能进行分析。基于ABAQUS/Explcit平台进行材料子程序二次开发,将神经网络本构模型嵌入到有限元计算中,实现了TC4钛合金高温变形的数值模拟。结果表明,神经网络本构模型预测精度很高,可以准确地描述TC4钛合金在热态下的动态力学性能。神经网络本构模型应用于有限元模拟可行且有效。     

基于BP神经网络的GH5188高温合金本构模型

采用Gleeble-3500热模拟试验机对GH5188高温合金试样进行热压缩试验,研究其在应变速率为0.001~0.1s^-1和变形温度在1000~1150℃时的热变形行为;建立了基于BP神经网络的本构模型,并验证了所建本构模型的可靠性,最后基于误差计算分析了BP神经网络本构模型的精度。结果表明,温度和应变速率对GH5188合金流变应力的影响明显,随着压缩温度升高和应变速率降低,GH5188合金流变应力明显减小。经定量误差计算分析,BP神经网络本构模型应力预测偏差值在10%以内的数据点占97.92%,BP神经网络模型能准确地预测GH5188高温合金的高温流变应力。     

考虑应变因素的2099合金高温流变行为模型（英文）

采用等温热压缩试验研究2099合金在变形温度300~500°C、应变速率0.001~10 s-1条件下的热变形行为。为了准确地表征流变行为,采用摩擦与温度修正后的实验数据构建本构模型。结果表明,温度和应变速率对合金热变形行为的影响可用包含Arrhenius关系的Z参数来表征。此外,通过计算不同应变量下的材料常数(α、n、Q和A)考虑了应变对本构模型的影响。利用统计分析对比了由本构模型获得的预测曲线与试验修正曲线,二者显示了很好的吻合,这表明所构建的本构模型能够很好地预测2099合金的热变形流变行为。     

考虑应变因素的2099合金高温流变行为模型

采用等温热压缩试验研究2099合金在变形温度300～500℃、应变速率0．001～10s-1条件下的热变形行为。为了准确地表征流变行为,采用摩擦与温度修正后的实验数据构建本构模型。结果表明,温度和应变速率对合金热变形行为的影响可用包含Arrhenius关系的z参数来表征。此外,通过计算不同应变量下的材料常数（a、n、Q和A）考虑了应变对本构模型的影响。利用统计分析对比了由本构模型获得的预测曲线与试验修正曲线,二者显示了很好的吻合,这表明所构建的本构模型能够很好地预测2099合金的热变形流变行为。