TA15钛合金高温变形多晶体塑性有限元模拟

通过晶体塑性有限元与电子背散射衍射(EBSD)技术相结合的方法,实现TA15钛合金相变点以上高温压缩变形的晶体塑性有限元模拟。采用元胞自动机方法获得了晶粒的初始形貌,通过用户子程序UMAT将基于率相关晶体塑性本构方程嵌入到软件ABAQUS中。模拟结果显示,TA15合金热压缩变形组织呈明显的形变不均匀特征,模型中晶粒内部应力应变分布不均匀。不同晶粒滑移系的开动不同,即使在同一晶粒内部,也存在滑移系开动不同步的情况。采用电子背散射衍射(EBSD)技术对TA15钛合金的热压缩变形组织的变形不均匀特征进行了验证。     

用有限元多晶体弹塑性模型预测FCC金属冲压变形后的织构和塑性各向异性

开发出一套适于FCC(面心立方)金属的三维弹塑性有限元程序FEPM-3DFCC，该程序将与应变速率无关的多晶体弹塑性模型引入到立方体单元晶粒塑性应变增量的计算中．文中以Al板为例用FEPM-3DFCC程序计算出常温下单向拉伸和压缩、双向压缩、平面应变、面内剪切和厚向剪切等六种典型受力状态下的织构演变和各向异性变化，并对Al圆管扭曲与拉伸复合加载和Al圆管冷径缩挤拔加工进行了数值模拟．     

AZ31镁合金交叉轧制塑性应变有限元模拟分析

镁合金板材的各向异性会受板材塑性应变的影响.采用交叉轧制工艺研究了镁合金板材上任一点塑性应变的变化规律.应用Deform-3D 软件,通过改变压下制度,对AZ31镁合金交叉轧制过程中的塑性应变进行了有限元模拟.研究结果表明,等道次等压下量时交叉轧制的各道次塑性应变量的差值比单向轧制的要小,说明交叉轧制工艺能够减小镁合金板材的各向异性.     

材料微结构三维建模及其晶体塑性有限元模拟

采用Voronoi图,生成具有随机晶粒形状的三维多晶集合体模型,并赋予每个晶粒相应的取向。基于率相关晶体塑性理论,开发了用户材料子程序,并将其嵌入有限元软件中模拟面心立方多晶集合体在单轴单向拉伸过程中的应力-应变响应,分析了网格细化及晶粒取向对模拟结果的影响。研究表明,随网格细化应力值有所降低,但变化不大,为保证结果的可靠度,平均每个晶粒离散的单元数目在5个以上;随多晶集合体中晶粒数目的增加,由于取向的随机性产生的应力-应变的差异逐渐减小,模拟时多晶集合体中晶粒的数目大于50个;模型较好的反映了材料的真应力随应变速率增加而增大的规律,且模拟结果和实验结果吻合良好,说明该模型具有较高的可靠性。     

材料微结构三维建模及其晶体塑性有限元模拟

采用Voronoi图,生成具有随机晶粒形状的三维多晶集合体模型,并赋予每个晶粒相应的取向。基于率相关晶体塑性理论,开发了用户材料子程序,并将其嵌入有限元软件中模拟面心立方多晶集合体在单轴单向拉伸过程中的应力-应变响应,分析了网格细化及晶粒取向对模拟结果的影响。研究表明,随网格细化应力值有所降低,但变化不大,为保证结果的可靠度,平均每个晶粒离散的单元数目在5个以上;随多晶集合体中晶粒数目的增加,由于取向的随机性产生的应力-应变的差异逐渐减小,模拟时多晶集合体中晶粒的数目大于50个;模型较好的反映了材料的真应力随应变速率增加而增大的规律,且模拟结果和实验结果吻合良好,说明该模型具有较高的可靠性。     

轧制单层和少层晶铜箔塑性各向异性的晶体塑性有限元模拟

采用具有拉拔?压缩?剪切复合成形功能的微型异步轧机,对厚度方向具有单层和少层晶结构的铜极薄带开展箔轧实验.基于晶体塑性有限元理论,模拟分析复合轧制单层和少层晶铜极薄带的塑性各向异性行为.将单层和少层晶铜极薄带的初始织构和晶粒形貌输入晶体塑性有限元模型,分析极薄带轧制成形中晶粒层次的滑移启动、定量应变演化以及变形局部化现...     

基于晶体塑性理论的大变形数值模拟技术

介绍和评述了晶体塑性力学的数值模拟技术,包括单晶体塑性本构、多晶均匀化模型以及晶体塑性本构模型的数值实现,并预测晶体塑性理论的一些新的发展动向。     

基于滑移/孪生耦合模型的镁合金多晶体塑性成形分析

镁合金的各向异性是由滑移和孪生共同作用产生,而孪生是协调镁合金塑性变形的重要机制。尤其在低温变形条件下,滑移和孪生相互协调并影响其成形性能。为准确描述镁合金成形过程的变形机制,文章建立了一种基于滑移和孪生相互耦合的多晶体塑性模型,并引入到有限元分析过程中。其中金属塑性流动,由每个晶粒内滑移面上沿滑移方向产生的剪切变形及孪生面上的孪生变形共同组成,进而采用率无关晶体塑性模型模拟了AZ31镁合金压缩过程,并给出了孪晶体积分数随时间的变化曲线。研究表明,孪晶体积分数随变形应力产生相应变化,并且基面滑移和孪生是影响镁合金室温成形性能及加工硬化的主要因素。     

极薄带轧制过程的晶体塑性有限元分析

极薄带轧制过程中,当轧件厚度降低到与晶粒尺寸同一量级时,其变形在很大程度上受到晶粒形态和取向等内部组织状态的影响,传统塑性理论不能直接用于微观塑性成形的分析。介绍了采用晶体塑性有限元方法对极薄带轧制过程所做的研究,如轧件厚度和晶粒尺寸对轧制变形的影响、塑性变形时滑移系的激活和运动等。     

微镦粗过程晶体塑性模型研究

三维Voronoi多面体由于和真实金属的细观结构相似,被用来模拟细观尺度下的微镦粗。该文分别建立了基于Voronoi图原理的光滑模型和粗糙模型,用来表示包含32、128晶粒的圆柱体坯料。光滑模型是Voronoi图的精确实现;粗糙模型则是通过对Voronoi图离散得到的,因此只是Voronoi的近似,但在计算开销方面有优势。对这两种模型建立的圆柱体坯料的微镦粗进行晶体塑性有限元模拟,并比较二者的结果。结果显示,在两种模型中,晶粒的增多减弱了塑性流动的各向异性,也增加了变形抗力。此外,光滑模型中,材料的塑性流动表现出更强的各向异性,其变形抗力要比粗糙模型得到的更小。     

Crystal Plasticity Finite Element Simulations for Single Phase Titanium Alloys: Effect of Polycrystalline Aggregate Features on the Mechanical Response

基于率相关晶体塑性理论,以滑移作为主要的变形机制,建立了描述多晶钛合金室温拉伸变形行为的本构模型。并采用三维Voronoi几何模型仿真初始组织创建了多晶集合体。利用该数值模型,探讨了多晶集合体特征对合金宏观力学响应的影响。研究结果表明,多晶集合体三边的尺寸差异将导致集合体的应力应变关系沿3个方向出现各向异性,同时在长度方向上易发生颈缩现象。此外,多晶集合体中的晶粒形貌与取向分布对合金的宏观应力应变响应也有重要的影响。针对单相钛合金建立的晶体塑性有限元模型为钛合金组织控制技术的发展以及加工工艺的优化提供了重要的技术途径。     

Symmetric and Asymmetric Rolling Pure Copper Foil: Crystal Plasticity Finite Element Simulation and Experiments

A systematic study has been conducted aiming to attain an insight into the influence of coefficient of roll speed asymmetry, crystal orientation and structure on the deformation behavior, and crystallographic orientation development during foil rolling. Simulations were successfully carried out by using crystal plasticity finite element method(CPFEM),and a novel computational framework is presented for the representation of virtual polycrystalline grain structures. It has been found that asymmetric rolling(ASR) is more efficient in producing plastic deformation since it develops additional shear strain and activity of slip system compared with symmetric rolling(SR). For ASR, increase in the length of the shear zone, and decrease in the amount of the pressure and roll force would lead to further reduction. The shear strain path in SR and ASR is strictly influenced by the misorientation of neighbor grains, and corresponding {1 1 1} pole figures offer direct evidence of the spread of crystallographic orientation around the normal direction. The activity of slip systems was examined in detail and found that the predicted results are consistent with the surface layer model. The accuracy of the developed CPFEM model is verified by the fact that the simulated results of roll force coincide well with the experimental results.     

有限元数值模拟在精密塑性成形中的应用

将有限元数值模拟应用于精密塑性成形，可以缩短产品开发周期、降低成本、提高产品质量，从而提高产品的市场竞争力。本文介绍了精密塑性成形技术和有限元数值模拟技术，以及有限元数值模拟在精密塑性成形中的国内外应用现状，并指出了该技术进一步的研究和发展方向。     

基于振动时效仿真的流变塑性模型

振动时效是一种局部循环塑性现象,当循环载荷与材料内部残余应力叠加超过材料的局部屈服强度时就会发生残余应力释放。采用流变塑性模型对振动时效进行仿真,分析了振动时效过程中应力幅、应变幅、振动频率、振动周期和材料屈服应力等对振动时效的影响。结果表明,振动时效中应力释放很大程度上取决于应力幅或应变幅,振动频率和材料参数也是关键因素,而振动周期或时间对振动时效没有很大影响。将此振动时效模型应用于7075铝合金试样机械载荷下的应力松弛实验,所得结果与仿真较一致。     

Ti3Al单晶塑性变形行为的晶体塑性有限元模拟

基于晶体塑性理论,建立了滑移变形机制下Ti_3Al单晶晶体塑性的细观本构关系,并利用ABAQUS/UMAT用户子程序接口开发本构关系子程序,将其应用于不同取向Ti_3Al单晶的单向压缩模拟。分析不同取向时晶体滑移系的启动情况,以及滑移系启动与取向的相互关系。结果表明:基面滑移系(0001)1120,柱面滑移系{1010}1120和锥面滑移系{1121}1126均被激活,但由于滑移系之间临界剪切应力和施密特因子的不同,各滑移系的启动情况存在显著差异。基面和锥面滑移系的临界剪切应力较大,仅在施密特因子较大时启动;特别是锥面滑移系,其临界剪切应力最大,因而该滑移系只有在压缩轴接近[0001]方向时才被激活。柱面滑移系的启动较为容易,对塑性变形的贡献也最大。同时与实验结果相比较,模拟结果基本与之吻合。     

基于有限元的电感器线圈镀铜工艺仿真分析

目的优化电感器线圈电镀工艺,研究电感线圈电镀过程中电流、电解质电势和镀层厚度分布规律。方法采用计算机仿真技术,基于电镀动力学、电化学理论、法拉第定理和移动网格理论,建立电感线圈匝数参数化的三维电感器线圈电镀模型。结果电感线圈外部的铜离子浓度较高,大约为309mol/m3。电感线圈最外圈的电镀厚度最厚,约7.3141μm。线圈外部较大的电流导致电镀线圈外侧出现较大的沉积速率。结论电解的铜离子的质量传递是影响电镀动力学的最主要因素,线圈电镀层厚度与电镀活性面上的电流分布相互作用。该电镀模型可用于分析线圈匝数对电镀工艺的影响,优化设计类似电镀工艺,研究电镀机理。     

复杂零件温辊轧有限元模拟仿真

以刚塑性有限元模型为基础，用MSC／superform软件对叶片辊轧工艺进行了数值模拟，争忻了坯料轧制过程中辊轧压力与辊轧温度、摩擦系数和变形温度的关系，不同的摩擦系数对辊轧力矩的影响，优化设计工艺参数，为叶片辊轧制坯工艺的制定提供了依据。     

基于梁结构等效模型的机器人铣削有限元仿真

机器人的弱刚度特性导致铣削加工过程中的末端变形是影响零件表面质量的重要因素。在刀具-工件有限元模型基础上,添加梁结构等效机器人末端,建立适用于机器人铣削加工的有限元模型,并通过对实际机器人进行力锤实验获取梁结构的等效力学参数。利用球头立铣刀进行6061铝合金铣削实验,对所提出的有限元模型进行验证,通过仿真对两种不同的机器人刚度性能指标进行对比分析。结果表明：所建立的模型能够正确模拟机器人的铣削加工过程,并可用于机器人铣削加工姿态的优化;考虑加工效率和需求,基于工件几何形状的曲面法向柔度系数指标更适用于优化机器人铣削加工曲面的姿态。     

环件轧制锻透条件有限元模拟及实验研究

为了研究环件轧制时压下量和锻透之间的关系,本文建立了环件轧制三维有限元模型。用塑性泥为模拟材料对环件轧制的锻透情况进行模拟,获得了不同压下量下的应变场和载荷行程曲线。在DNS200电子万能试验机上作塑性泥环坯压下实验,也获得了不同压下量下小孔应变量和载荷行程曲线,有限元模拟和实验研究的结果吻合良好。本文提出的压下量与锻透之间的关系为实际生产时工艺选择奠定了基础。     

有限元温度模型在HC冷连轧机上的应用

冷轧时轧件塑性变形热、摩擦热是导致带钢和轧辊温度升高的主要原因,而乳化液的冷却作用和带钢在机架间的热量损失使带钢和轧辊的热传递过程非常复杂,通过有限元温度模型可以进行轧辊和带钢温度的精确计算,为准确进行轧机辊缝设定和轧辊热凸度计算提供了依据.