晶体塑性模型分析微圆柱墩粗变形尺寸效应机理(英文)

为了分析单个晶粒变形行为对微成形的影响,将自由表面的晶粒看作单晶体构建晶体塑性模型。基于率相关晶体塑性理论,考虑试样尺寸、初始晶体取向及其分布,分析微圆柱体墩粗变形中尺寸效应机理。结果表明,流动应力随着试样尺寸的减小而明显减小,晶体取向的分布对试样流动应力具有显著影响,并随着塑性变形的进行而减小。由于单晶体的各向异性,在试样表层发生了明显的非均匀变形,这将导致表面粗糙度的增加,小尺寸试样则更加明显。过渡晶粒的存在使得晶粒各向异性对表面形貌的影响减小。模拟结果得到了实验验证,这表明所建立的模型适合于以尺寸依赖性、流动应力分散性和非均匀变形为特点的微成形工艺分析。     

T2紫铜微正挤压件表面形貌与微观组织分析

为便于取出微正挤压零件,设计了具有分瓣式结构的微正挤压凹模,并成功成形出最小挤出杆直径为0.25 mm的微正挤压件.采用扫描电子显微镜(SEM)及金相显微镜对微正挤压件的表面形貌及微观组织进行了观察。结果表明,随着挤出杆尺寸的减小或晶粒尺寸的增大,内外层材料的非均匀塑性变形程度增加;当挤出杆尺寸降低到亚毫米尺度时,微挤压成形件发生了一定弯曲;微正挤压件纵向和横向微观组织的非均匀分布表明,在微正挤压成形过程中材料在纵向和横向上都经历了严重的非均匀塑性变形.材料的非均匀塑性变形程度是随着挤出杆尺寸的减小或晶粒尺寸的增加而不断增加的.     

燃料电池金属双极板设计与成形技术综述

氢燃料电池具有清洁、高效等诸多优点,受到了世界各国的高度关注,极板是其重要部件之一.综述了质子交换膜氢燃料电池金属双极板设计、成形等方向的研究和应用进展.在金属双极板设计方向,从极板平面流场分布设计、3D流场设计、考虑电堆结构的极板流场设计以及微流道尺寸优化设计等方面进行综述;在金属极板成形方向,从刚模冲压成形、软模冲...     

超声振动辅助T2紫铜薄板软模微胀形工艺研究

目的 解决薄板微胀形工艺中尺度效应导致的零件尺寸精度及形状精度不稳定以及板料减薄带来的成形极限下降等问题。方法 对T2紫铜薄板进行多球冠微结构胀形工艺研究,对比刚模微胀形和超声振动辅助软模微胀形工艺条件下球冠微结构的成形质量,分析壁厚减薄率的变化规律,研究超声振动保压时间对球冠形貌及胀形高度的影响,对比分析紫铜薄板厚度对球冠胀形质量的影响规律。结果 超声振动辅助软模微胀形工艺能够提高球冠微结构胀形极限,促进材料均匀变形,改善壁厚分布,相比于刚模微胀形,在超声作用下壁厚减薄率降低了约7%。超声振动保压时间越长,球冠贴模性越好,当保压时间为80 s时,球冠相对高度提升了0.1 mm。板料厚度越薄,成形极限越低,当板料厚度为100μm时,球冠成形质量及成形精度最高,在超声振动辅助软模微胀形工艺条件下,球冠成形极限进一步提高。结论 超声振动与软模相结合的复合成形方法能够降低T2紫铜薄板微胀形尺度效应的不利影响,抑制壁厚过度减薄,显著提升胀形精度和成形极限。     

纯铝微刻痕爆破膜片破裂行为研究

目的 确定动力系统贮箱管路爆破膜片刻痕形态及尺寸对破裂压力的影响规律。方法 通过有限元数值模拟,对纯铝金属膜片的破裂行为进行仿真分析。研究膜片破裂过程中的塑性变形行为及破裂演变过程,通过刻痕位置的应变随时间变化的突变点确定膜片发生破裂的初始阶段。分析刻痕剩余厚度、刻痕角度、单面/双面刻痕、C形/?形刻痕对破裂压力、破裂时间、开口幅度等关键参数的影响规律。结合纯铝膜片爆破实验,对数值模拟结果进行验证。结果 膜片在达到破裂压力后,在刻痕弧长中点处首先发生破裂并快速向双侧扩展。刻痕剩余厚度是影响破裂压力的主要因素,当破裂压力为（0.4±0.1）MPa时,C形纯铝膜片的刻痕剩余厚度为0.06～0.17mm。刻痕角度对破裂压力的影响相对较小。在相同剩余厚度条件下,单面刻痕膜片相对于双面刻痕膜片发生破裂所需时间更短。结论 对刻痕剩余厚度及刻痕形态进行了优化设计,数值模拟结果可对爆破膜片的实际应用提供参考。与C形膜片相比,?形膜片破裂后开口幅度更大,这有利于提高泄放量。初步的纯铝膜片爆破实验结果与模拟结果规律一致。     

动态镦粗过程的动力显式有限元分析

为了研究金属的三维动态锤锻成形过程,基于连续介质力学及有限变形理论,建立了一种有限元模型.采用动力分析方法,在运动方程中加入惯性力项考虑锤锻中显著的惯性效应;根据设备的工作原理按照能量守恒定律计算变形期间的锤头速度;同时,将变形视为一个绝热过程计算变形期间试样内部的温度升高.基于建立的模型开发了动力显式有限元分析程序,模拟了铅块试样在落锤打击下的动态镦粗过程,给出了试样内部的位移、等效应变、等效应力和温度分布规律.将变形后试样几何形状、成形载荷-时间曲线和锤头速度-时间曲线的计算结果与实验结果相对比,表明了开发程序计算结果的准确性.     

薄板曲面微结构电流辅助滚压成形工艺研究

针对燃料电池等系统中的薄板曲面微结构制造,提出了薄板曲面微结构滚压成形工艺,并借助电流辅助成形技术,提高了薄板曲面微结构的成形质量。采用单向拉伸实验,研究了脉冲电源参数如电压、频率、脉宽等对T2紫铜薄板单向拉伸变形行为的影响;开展了薄板曲面微结构滚压变形有限元模拟,优化坯料结构,抑制了曲面微结构件的翘曲失稳;在此基础上,开展了电流辅助滚压成形实验。结果表明,脉冲电流在达到一定阈值时,流动应力显著降低,断裂应变明显提高;采用梯形板坯,可优化板料受力状态,抑制翘曲失稳;脉冲电流辅助滚压成形时,曲面微结构高度分散性变小,成形件一致性更好,微结构尺寸精度更高。     

Effect of material parameters on stress wave propagation during fast upsetting

Based on a dynamic analysis method and an explicit algorithm, a dynamic explicit finite element code was developed for modeling the fast upsetting process of block under drop hammer impact, in which the hammer velocity during the deformation was calculated by energy conservation law according to the operating principle of hammer equipment. The stress wave propagation and its effect on the deformation were analyzed by the stress and strain distributions. Industrial pure lead, oxygen-free high-conductivity （OFHC） copper and 7039 aluminum alloy were chosen to investigate the effect of material parameters on the stress wave propagation The results show that the stress wave propagates from top to bottom of block, and then reflects back when it reaches the bottom surface. After that, stress wave propagates and reflects repeatedly between the upper surface and bottom surface. The stress wave propagation has a significant effect on the deformation at the initial stage, and then becomes weak at the middle-final stage. When the ratio of elastic modulus or the slope of stress--strain curve to mass density becomes larger, the velocity of stress wave propagation increases, and the influence of stress wave on the deformation becomes small.     

高速锤击体积变形过程的有限元分析

为了研究金属高速锤击变形过程,基于连续介质力学,开发了弹塑性动力显式有限元程序,在平衡方程中引入惯性力来考虑高速变形中惯性效应的影响,同时根据能量原理计算变形期间的锤头速度.使用开发的程序对OF-HC铜块体的高速锤击变形过程进行有限元分析,研究试样构形、质点位移和内部等效塑性应变分布规律,并与未考虑惯性效应的静态模拟结果进行对比.利用所开发的程序分析了高速锤击变形过程中锤头速度、工件变形能和锤击载荷的变化规律.研究结果表明,高速锤击时受惯性力的影响,变形集中于试样上部;由于应力波传播,变形初期下模载荷滞后于上模.这说明所开发的有限元程序能够模拟金属高速锤击变形过程.     

仿生减阻微结构制造技术综述

表面微沟槽等结构能够限制航空器壁面低速区小涡流生成和猝发的相关雷诺应力,从而降低摩擦阻力,而且该方法简单易行、不需额外增加重量,成为航空器减阻的主要途径之一。概述了表面微结构减阻性能尺度效应的研究进展,表明微结构无量纲尺寸在15左右时减阻性能最佳,减阻率为8%左右;着重综述了简单形状微结构、仿生微结构以及大面积微结构等减阻微结构去除、压印以及滚压等制造技术的研究现状,简析了目前仿生减阻微结构制造技术存在的不足;在此基础上,对仿生减阻微结构制造技术的未来发展和应用进行了展望。