NAK80塑料模具钢本构关系的试验研究

利用电子材料拉伸试验机、热模拟试验机和分离式Hopkinson压杆系统对NAK80塑料模具钢在较宽温度范围(25~600℃)和不同应变率(700~5 000 s-1)条件下的力学特性开展了系列的试验研究。结果表明:室温下,NAK80塑料模具钢流变行为对应变率不敏感;相同应变率下(10-2s-1),其屈服强度和流变应力随温度升高而下降,且高温下热软化效应明显,导致屈服后应变增加而应力下降。以试验数据为基础,拟合了Johnson-Cook模型,利用该模型对不同温度和不同应变率下NAK80塑料模具钢的流变应力进行预测,与试验数据对比表明,拟合的Johnson-Cook模型能够较好的描述NAK80塑料模具钢的流变行为。     

新型油井管钢33Mn2V穿管过程动态再结晶晶粒变化的二维数值模拟

利用有限元软件Marc/AutoForge3.1并采用二维热力耦合的刚塑性有限元法,研究新型油井管用钢33M2V穿管过程中管件内部动态再结晶晶粒尺寸的变化及分布情况。模拟时考虑工件与轧辊之间的接触热传导、工件的热辐射、对流散热以及工件的变形热,并对该热力耦合过程进行计算。模拟结果表明:荒管管壁的动态再结晶晶粒尺寸在穿管过程中是时刻变化的,而且是在一个基准范围内变化的,这个基准的动态再结晶晶粒尺寸应最终成为荒管管壁内的基本动态再结晶晶粒尺寸。     

高强韧炮钢热塑性变形应力-应变本构模型及锻造仿真研究

使用Gleeble3500型热模拟机对高强韧炮钢材料进行压缩试验,得到不同温度及变形速率下材料的真实应力-应变曲线。试验数据表明,高强韧炮钢材料为应变率和温度敏感材料。拟合得到高强韧炮钢材料热塑性变形的应力-应变本构模型。采用有限元方法对高强韧炮钢进行模拟仿真,计算得到相同工艺条件下,空心与实心坯料锻造过程中的应力-应变等结果,为高强韧炮钢热锻过程控制提供理论基础及技术指导。     

国产热冲压模具钢高温性能研究

通过SEM、TEM等检测手段对比研究高强钢板热冲压用4种热作模具材料的力学性能和热物理性能。结果表明:SDCM和DIEVAR钢在抗回火软化性能、热稳定性、热疲劳性能表现优于H13和CR7V;SDCM和DIEVAR的热扩散系数和热导率明显大于H13和CR7V钢;SDCM和DIEVAR的热物理性能优于CR7V和H13钢,更适合热冲压模具的工况要求;SDCM优秀的性能源于其良好的合金化设计,在保证Mn、Si含量低的同时提高Mo、V含量,降低Cr含量。     

高负荷发动机气阀用5Cr21Mn9Ni4N钢的高温强度和抗腐蚀性能

5Cr21Mn9Ni4N是各国普遍应用的发动机气阀用钢。作者较全面地测试了该钢的高温强度、高温持久性能及抗腐蚀性能,并与4Cr10Si2Mo钢、4Cr14Ni14W2Mo钢进行了对比。试验表明,5Cr21Mn9Ni4V钢的性能普遍优越。本文为发动机气阀用钢的选材提供了依据。     

高强度无磁钢的应力腐蚀

对新研制的中碳低铬镍Mn -V无磁钢 (简称Mn -V钢 )和低碳N1310不锈钢 (简称N1310钢 )做应力腐蚀实验 ;用金相和扫描电镜观察分析应力腐蚀断口。目的在于比较不同合金成分对应力腐蚀敏感性的影响。实验结果表明 :Mn -V钢存在较严重的应力腐蚀敏感性 ,N1310钢和Mn -V钢相比 ,N1310钢的应力腐蚀敏感性得到明显的改善。     

利用BP神经网络预测BT20钛合金的流动应力

为建立BT20钛合金(Ti6Al2Zr1MolV)的流动应力预测模型,通过热压缩试验获得其流动应力曲线,并对BP神经网络的算法进行改进,实现BT20钛合金的流动应力的准确预测。研究表明:采用人工神经网络(ANNs)预测流动应力不需要考虑材料特性,有效地避免了传统经验或回归本构模型由于假设和简化带来的误差,并且神经网络具有很强的非线性离散数据处理能力,选取合适的网络模型(主要是隐层数及隐层单元数),输入足够的样本数据对神经网络进行训练即可获得令人满意的预测精度;采用含两个中间层,网络结构为3×16×14×1的改进BP神经网络模型能够较为准确的预测BT20钛合金的流动应力,计算效率较高,该预测模型可作为其塑性成形过程有限元模拟的本构关系。     

防弹钢板用高强Ni-Cr-Mo系焊接材料抗裂性研究

通过对1 500 MPa级以上30Mn Cr Ni Mo防弹钢板和配套的两种高强钢实芯焊丝进行斜Y型抗裂性试验,研究环境条件以及不同焊接热输入对高强钢实芯焊丝抗裂性的影响。结果表明:该防弹钢对冷裂纹敏感性很强,但是在不预热条件下,控制环境条件和热输入可以实现高强钢实芯焊丝在高拘束应力下,阻止裂纹的起裂与扩展;两种焊丝中,含Ni量高的焊丝抗裂性优于含Ni量低的焊丝。     

搅拌摩擦焊接中材料变形及残余应力分析

采用数值模拟手段,分析了在搅拌摩擦焊接过程中不同材料的变形情况及其残余应力的分布,研究了材料变形与残余应力之间的关系,并建立了异种金属搅拌摩擦焊接的模型。研究结果表明,搅拌摩擦焊接过程中材料的流动主要集中在焊接构件的后退侧,且在搅拌摩擦焊接过程中铝合金较钢表现出更好的流动性能。残余应力分布呈现典型的双峰特征,残余应力的最大值发生在热影响区的边界。拉伸残余应力较大的区域与等效塑性应变较大的区域具有较好的对应关系。异种金属焊接会增大焊接构件搅拌区内较软材料一侧的残余应力。     

基于BAS-BP 神经网络的多应力加速寿命试验预测方法

为解决多应力条件下加速寿命试验中建立复合加速模型困难、模型参数难以求解以及建模过程中通常忽 略应力间耦合作用的问题,根据天牛须搜索建立改进的BP 神经网络模型。使用多应力加速寿命试验中收集的4 组 应力水平的失效数据对BAS-BP 神经网络模型进行训练,对第5 组应力水平下的可靠度与失效时间进行预测。利用 平均相对误差、拟合优度2 个参数对模型的预测结果进行评价,并与BP 神经网络的预测结果进行对比。结果表明, BAS-BP 神经网络具有更好的准确性及鲁棒性。     

固体燃料冲压发动机燃烧室燃烧特性数值模拟

采用12组分、17个化学反应的模型和二阶矩湍流燃烧模型,通过计算药柱表面热传导率,得到了燃面退移速率,对固体燃料冲压发动机燃烧室内部的燃烧流动进行了数值模拟,分析了空气流量、空气总温和入口直径对燃烧室温度分布、C4H6分布和燃面退移速率的影响.分析表明,减小空气入口直径、增加空气流量和总温都会使燃面退移速率增加.     

铝合金齿轮泵泵体半固态挤压成形的数值模拟研究

采用半固态挤压方法生产零部件,可以消除铸造方法产生的气孔或疏松。通过线性回归的方法建立半固态A356铝合金在570～580℃高固相率温度范围内,不同应变和应变速率下的刚粘塑性本构关系。采用商业有限元模拟软件Deform-3D对A356铝合金材料半固态挤压成形齿轮泵泵体的成形过程进行数值模拟,得到成形过程的流动速度场、有效应力应变场、压力-行程曲线等,并对其进行简要的分析,得出成形过程中的金属流动情况。     

基于剪切应力输运湍流模型的两相磨粒流动力学特性研究

为了解决软性磨粒流加工方法(SAFM)中磨粒流动力学特性难以进行实验的问题,提出一种基于剪切应力输运(SST)湍流模型的数值模拟研究方法。该模型继承了k-ω模型和标准k-ε模型的优点,对近壁区有较高的仿真精度。利用SST湍流模型与流体混合模型相结合的方法,以工程中常见的U形流道作为数值模拟对象,对磨粒流动力学特性进行研究。分析数值模拟结果,得到流道内磨粒流的压力和速度的分布规律：楔形流道内,磨粒流的压力相对于等截面流道明显增大,并且楔形流道内湍流程度一直处于发展状态。设计了颗粒轨迹观测实验平台,基于该平台对流道内颗粒轨迹进行研究发现：虽然流体在壁面处的速度为0,但流体中的颗粒依然对壁面产生碰撞。通过理论与实验研究,揭示了流道内两相磨粒流动力学特性,为软性磨粒流加工提供了理论基础,并提供了约束模块的设计方法。     

基于水平集函数的固体火箭发动机瞬态内流场模拟方法研究

针对固体火箭发动机装药燃面退移下的瞬态内流场模拟方法进行研究,采用水平集方法捕获发动机工作过程中的装药燃面,多孔介质模型约束装药区域的流动特性,建立了一种可以准确模拟发动机内流场瞬态流动的水平集和多孔介质耦合方法（LSPM）。采用该方法对有壁面退移的圆管通道流动问题进行了计算,对短内燃管形装药和复杂翼柱形装药发动机进行了模拟。研究结果表明：LSPM计算结果与动网格方法吻合较好,可以较好地处理有界面退移的加质流动问题;LSPM压力和燃面的计算结果与零维内弹道结果基本一致,可以准确计算装药燃面退移下的发动机瞬态内流场。     

弹体穿越冰水混合物流动过程的数值模拟

针对潜射导弹穿越冰水混合物的过程进行数值模拟。基于ANSYS/LS-DYNA商用软件,采用ALE算法,建立了冰的破碎模型,流体区域包含水与空气2种流体介质,水与空气采用NULL材料模型,水介质的状态方程采用Gruneisen状态方程。对细长弹体、冰体以及流体域进行建模,利用欧拉-拉格朗日耦合方法对弹体、冰体以及流体域进行流固耦合计算。对不同冰体分布方式(规则分布、菱形分布、随机分布)和不同弹体相对位置(冰体正下方、冰体间隙)的弹体出水过程进行对比计算研究,获得了弹体在穿越冰水混合物过程中流场的密度、压力、应力、速度随时间的变化规律,以及不同工况下的弹体质心位移情况。数值模拟结果表明:弹体在水下运动过程中空泡逐渐扩大,空化现象显著; 流场应力的存在对弹丸运动产生一定的影响; 不同冰体分布方式及初始弹体相对位置,会造成弹体质心位移不同。     

软后坐火炮反后坐装置建模研究

为了对某软后坐试验炮的前冲-后坐运动、制退机力进行计算及优化,建立了其反后坐装置动力学模型,通过流场计算完善解析模型中的参数,通过流场仿真检验该模型与流场仿真模型的相似度,最终得到可以近似代替流场仿真模型的解析模型。基于牛顿运动定律、伯努利方程建立动力学模型,针对中心流口筒壁沟槽式制退机进行了匀速后坐仿真,得到沟槽与流口在匀速后坐时的体积流量分配规律;通过多速度、多开口面积仿真得到液压阻力系数与中心流口大小、流速的关系;通过多前冲速度、多前冲位移仿真得到前冲机压强损失的规律。通过Matlab计算参数完善后该模型的火炮发射过程,并将得到的后坐速度以预定义文件Profile的方式赋给Fluent瞬态仿真中的活塞,进行仿真验证。两者的结果对比说明,该数学模型能较好地与传统制退机流体Fluent仿真模型相吻合,多通道组合流液孔制退机的液压阻力可根据伯努利公式与通道间的流速比计算。     

基于XFEM与Cohesive模型分析PBX裂纹产生与扩展

利用扩展有限元法(XFEM)分析PBX-9502带孔板状试件在整体压缩下由局部裂纹萌生到裂纹扩展全过程的开裂破坏机理。采用应力状态相关的强度面、非关联流动法则及Cohesive模型,描述了材料在复杂应力状态下的非线性本构行为以及材料的破坏行为。进行了数值模拟结果与美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)试验结果的对比。结果表明,含孔洞的平板在整体压应力环境下孔洞周围产生局部拉伸应力,这种拉伸条件导致局部裂纹萌生。数值模拟的裂纹发展趋势与试验结果相吻合,包括裂纹时程的整体走势和拐点、启裂时刻、裂纹初期扩展速度等。基于扩展有限元方法和内聚模型法,可模拟高聚物粘结炸药(PBX)含能材料的裂纹萌生、扩展。     

用拉格朗日实验分析技术研究紫铜材料的动态本构关系

对紫铜材料的拉氏实验结果采用改进的路径线法进行了拉氏分析，得到了各物理量的流场分布，拟合出了本构方程参数，并由此进行了数值模拟，通过与实验的比较，说明了该路径线法的准确性，并检验了由位错动力学了发所推得的本构关系，发现理论与实验一致性很好。     

镁合金板料热拉深成形数值模拟研究

分别利用用户子程序二次开发方法和直接输入应力应变实验数据方法,在ABAQUS软件中获得镁合金材料模型进行镁板热拉深成形极限数值模拟研究。研究得出:镁合金板料极限拉深高度在一定范围内随凸凹模圆角的增大、凸模与板料间摩擦因数的增大、温度的提高而增大,随凹模、压边圈与板料间摩擦因数的增大、拉深速度的提高而减小,而随压边力的增大先是增大后来减小,最佳压边力为7500N左右。研究结果表明:本文提出的含非常软化因子的镁合金高温流变应力数学模型能较好地预测流变应力,通过二次子程序开发方法在ABAQUS软件中加入自己的材料模型是切实可行的。