基于耦合有限元的晶体塑性力学模型的FCC,BCC和HCP晶体织构演化的模拟

介绍单晶体模型的2种实现方法,并通过对有限元软件ABAQUS/Explicit的用户材料接口VUMAT做二次开发,实现2种单晶体模型构架和显式有限元方法的耦合。采取实体单元来存储材料信息,每个单元代表一个晶粒,在每个增量步中读取并更新晶粒取向。采用切线系数法来计算每个增量步中不同变形系统的塑性应变增量,通过硬化模型来描述硬化响应。利用编制的2种用户子程序模拟铜（FCC）单向拉伸过程、IF铁（BCC）冷轧过程和AZ31 镁合金（HCP）单向压缩过程中的织构演化,模拟结果和试验结果吻合较好。     

含有微量稀土元素钇的高纯铝板主要织构及其冲压制耳的研究

对加入微量稀土元素钇的高纯铝板主要形变及退火织构进行了观测,并分别对轧制态和退火态的高纯铝板的冲压性能进行了研究。结果表明:稀土元素钇的加入改变了铝板的形变织构组分及强度,在轧制过程中主要形成了旋转立方织构,冲压以后形成4个45°方位的制耳。退火以后,再结晶织构主要由旋转立方织构和{111}〈112〉织构组成,板材的冲压性能得到较大提高。     

AZ31镁合金的织构对其力学性能的影响

利用电子背散射衍射(EBSD)取向成像技术,分析AZ31镁合金热挤压棒材和轧制薄板的织构特点;对具有不同初始织构的镁合金棒材和薄板进行力学性能分析,并从织构角度分析棒材的拉压不对称性和薄板的力学各向异性。结果表明:挤压镁合金棒材具有主要以(0001)基面平行于挤压方向的基面纤维织构,存在严重的拉压不对称性,其原因在于压缩时的主要变形方式为{1012}1011孪生;热轧镁合金薄板具有主要以(0001)基面平行于轧面的强板织构,具有显著的力学性能各向异性,其原因在于拉伸时不同方向的基面滑移Schmid因子不同。     

板材冲压成形的晶体塑性有限元模拟

将率相关晶体塑性本构理论引入Mindlin曲壳单元模型与动力显式有限元法,采用切线系数法计算剪切应变率,根据晶体取向正态分布规律在单元积分点处分配晶体取向,按各晶体取向体积分数的加权平均计算多晶体应力,开发晶体塑性动力显式有限元程序,实现板材冲压成形过程模拟和晶体取向演化预示.以主要初始织构为铜织构和S织构的轧制铝板为对象,对方盒件冲压成形过程及织构演化进行数值模拟,计算结果与试验结果呈现出较好的一致性.通过晶体弹塑性有限元法不仅可以预示板材宏观成形构形变化,而且能够预测板材织构的演化情况.模拟结果显示在方盒件冲压成形过程中,铜织构和S织构为不稳定取向,变形后逐渐转到其他取向.     

基于率无关晶体塑性模型的深冲制耳分析

基于晶体塑性变形的滑移机理和微观硬化机制,建立了相应的运动学描述和基于率无关的晶体本构方程.将"连续积分方法"首次应用到大变形弹塑性有限元分析中,使得晶体塑性模型能够区分出不同滑移系上分解剪切应力及相应产生的剪切应变,更好地反映金属材料塑性变形的微观特性.将取向空间中的晶体取向分配给各个单元的积分点,对具有不同初始织构的板材进行模拟,预测制耳的大小和方位.单一的{100}<001>织构将形成0°/90°方位的制耳,{123}<634>织构则形成45°方位的制耳;铝板经过退火处理后,由于多种织构组分的相互制衡,冲杯不具有明显的制耳现象.     

FCC金属板成形率无关晶体塑性模拟

金属板材的织构特性及其演化是板材各向异性的主要原因.采用"连续迭代法"确定开动滑移系并计算塑性应变率,以潜在硬化模型描述应变硬化,根据取向分布函数在取向空间中的分布规律将晶体取向分配给各个单元的积分点,建立了弹塑性大变形条件下的率无关多晶体塑性模型,并将其引入动力显式有限元法.对退火铝板筒形件拉深成形过程进行了模拟,并与实验结果进行了对比分析.结果表明,模拟结果与试验结果具有较好的一致性.铝板经过退火处理后,晶体取向主要为两种织构组分共存.在两种织构组分的相互制衡下,冲杯不具有明显的制耳现象.     

基于弹塑性自洽模型的AZ31镁合金轧制过程的织构模拟

为了更好地研究镁合金轧制过程的织构演变,对商用有限元软件ABAQUS/Explicit的用户材料接口VUMAT做二次开发,实现晶体塑性力学和有限元方法的耦合。对于单个晶粒,通过相关模型计算每个增量步的塑性应变增量,Voce硬化模型计算应变硬化。由于变形机制的不同,分别计算滑移和孪晶引起的晶格旋转。采用弹塑性自洽模型计算单晶体和多晶体之间的联系。应用编制的程序,分别模拟AZ31板材和AZ31铸件的轧制过程。结果表明,该程序能够较好地预测轧制过程的织构演化。     

车用锂离子电池组液冷散热系统设计与优化

目的 解决传统热管理系统中锂离子电池组在充放电过程中温度过高、温差过大等问题。方法 以液冷方式为主要手段,在传统蛇形冷却通道的基础上设计1种单流入单流出的微通道结构和2种双流入单流出的微通道结构,并采用新型高导热材料石墨烯薄膜作为散热辅助材料。基于有限元仿真软件从电池组的最高温度、温差、温升和流体压力4个角度进行比较分析。结果 优化后电池组的最高温度由36.4℃降至36℃,温差由8.7℃降至3.9℃,电池组的散热能力及温度一致性得到提高。结论 双流入单流出结构优于单流入单流出结构,其中双波纹蛇形为最佳的液冷微通道结构,石墨烯薄膜的采用可进一步提高电池组的温度一致性。     

冷轧高纯铝板深冲过程的率无关多晶体有限元分析

金属材料的各向异性对板材成形性能具有很大影响.本文建立了率无关多晶体有限元模型,并将取向空间中的晶体取向分配给各个单元的积分点.从而对面心立方金属轧制板材冲压过程中制耳的大小和分布,采用晶体塑性有限元分析,并通过试验结果进行验证.高纯铝板在轧制过程主要形成高强的旋转立方织构,织构组分比较单一,因此具有明显的制耳现象,并且制耳呈45°方位.     

复合镀层轧辊摩擦磨损性能研究

利用电沉积规律,试制出了粗糙度Ra=1.6μm,峰值密度Pc=140个/cm;Ra=2.0μm,Pc=140个/cm;Ra=2.5μm,Pc=130个/cm以及Ra=3.4μm,Pc=120个/cm等多组镀层,并对材料结构参数进行了实验测定。结果表明:使用相同的电沉积参数和镀液成分可以制备出表面特征、结构和性能均一致的镀层;镀层表面形成了半球形的凸包,凸包尺寸为20~30μm,凸包周边的低洼区域形成润滑油坑,减轻了轧制和冲压过程中轧辊、模具与工件之间的摩擦,保证了成形件良好的表面质量。利用MM-200摩擦磨损试验机,研究了滑动条件下轧辊的摩擦磨损性能。研究表明:在摩擦过程中,镀层与钢板结合力良好,无起皮、脱落、破损等情况发生;钢块的磨损程度随镀层表面粗糙度下降而逐渐减弱。