Modeling Constitutive Relationship of Ti-555211 Alloy by Artificial Neural Network during High-Temperature Deformation

利用Gleeble-3800热模拟实验机,在应变速率0.001~1 s-1以及变形温度750~950 ℃范围内对Ti-555211合金进行等温恒应变速率压缩实验。基于人工神经网络的方法建立了Ti-555211合金热变形本构模型。模型的可靠性用平均相对误差和相关系数来确定。结果表明,所建立的本构模型与实验值的平均相对误差为1.60%,相关系数为0.99938,表明该模型能很好地预测该合金的本构关系。用神经网络来确定本构关系比传统的数学方程更加具有优势。热模拟实验结果表明,随着变形温度的升高和应变速率的减小,该材料的峰值应力有所减小,不连续屈服现象随着变形温度升高和应变速率的增大变得更加明显。流变曲线在不同的变形参数条件下表现形式也不同。     

Ti-6Al-4V热变形行为及利用多项耦合进行本构关系修正

采用热模拟试验机对钛合金Ti-6Al-4V进行高温压缩试验,研究其在850~1100 ℃温度下,0.001~0.1 s?1应变速率的流动应力行为。结果表明:钛合金Ti-6Al-4V具有应变速率、温度敏感性;随着温度的升高和应变速率的减小,流动应力逐渐降低,加工硬化速率与动态软化速率达到动态平衡。通过分析工艺参数对材料参数的影响,发现合金的材料参数(N、A、Q)随变形条件的变化而变化。在传统双曲正弦函数型Arrhenius方程的基础上提出一种考虑应变速率、温度和应变耦合修正的双曲正弦本构方程,并用相关系数R和平均相对误差(AARE)来评价所建立的本构模型的准确性,定量分析结果表明,修正的本构方程能够较准确地预测钛合金Ti-6Al-4V的流动应力。     

基于应变补偿TC4-DT钛合金高温变形本构模型

通过TC4-DT钛合金在1181~1341 K,0.01~10 s~(-1)条件下热模拟压缩试验,得到其在不同条件下高温变形真应力-真应变曲线。采用回归分析和多项式拟合建立了应变补偿高温变形本构方程。结果表明:各变形条件下的流变应力曲线均呈现应变硬化和流动软化,低温高应变速率特征更明显。当应变速率低于1 s~(-1)时,预测值与实验值吻合程度较高,相关系数和平均相对误差绝对值分别为0.9952和5.78%,此修正模型可作为TC4-DT钛合金高温变形本构方程。     

基于物理及元建模法的TB15钛合金本构模型研究

采用Gleeble-3800热模拟机对TB15钛合金进行等温恒应变速率热压缩试验,研究其在变形温度为810～930℃、应变速率为0.001～10s-1和高度压下量为60%条件下的热变形行为;建立了物理、支持向量回归(SVR)和响应面三种本构关系模型来预测TB15钛合金的流动应力,同时对比了三种本构模型的预测精度。结果表明:TB15钛合金的流动应力随应变速率的降低和变形温度的升高而减小,峰值应力的变化对应变速率的敏感性更高;物理本构模型、SVR本构模型和响应面本构模型相关系数R均大于0.98,但是响应面本构模型的R值达到了0.993,而且响应面本构模型的相对误差在±5%范围内的预测值频率达到了67.9%,大于物理本构模型的58.6%。同时经过方差分析得到所构建的响应面本构模型的显著性检验值P<0.0001,表明响应面本构模型预测的流动应力与变形温度、应变速率和应变之间的回归关系显著,比物理本构模型和SVR本构模型有更高的精度,能够更好的预测TB15钛合金的流动应力。     

Constitutive Analysis to Predict High-Temperature Flow Stress in 2099 Al-Li Alloy

采用高温等温压缩试验并利用修正后的流变曲线,研究了2099 Al-Li合金在变形温度为300~500℃,应变速率为0.001~10 s-1,变形量(真应变)为0.7条件下的流变行为。结果表明:可用包含Z参数的双曲正弦形式来表征变形温度和应变速率对2099 Al-Li合金热变形行为的影响;将应变作为影响因素,求解了不同应变量下的材料常数,并构建了考虑应变的本构模型;统计分析结果表明,除了在变形温度为300℃,应变速率为10 s-1之外,该模型能够很好的预测2099 Al-Li合金高温流变行为。     

Laves相NbCr2/Nb两相合金的应变补偿物理本构关系研究

Laves相NbCr2/Nb两相合金因其优良的高温力学性能而具有作为新型高温结构材料应用的潜力；流动应力本构关系反映了合金的热变形行为。本文基于Laves相NbCr2/Nb两相合金在1000-1200℃、0.001-0.1s-1条件下的等温恒应变速率压缩实验数据，首次探讨了该合金在考虑变形温度对合金杨氏模量和自扩散系数影响的应变补偿物理本构关系。结果表明，基于蠕变指数n=5的应变补偿物理本构关系的相关系数R和平均绝对相对误差AARE分别为0.974和59.3%，说明该物理本构模型不适于表征该合金的流动应力行为；而基于蠕变指数n为变量的应变补偿物理本构关系的相关系数R和平均绝对相对误差AARE分别为0.984和10.6%，说明该物理本构模型能满意地表征该合金的流动应力行为，且其对流动应力的预测能力优于传统的Arrhenius本构模型。     

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。     

ZK60镁合金热变形过程中的应变强化与动态再结晶行为(英文)

研究ZK60合金的高温流变应力行为。分别采用Kocks-Mecking模型和Avrami方程对合金的应变强化和动态再结晶过程进行模拟,在此基础上,构建一个考虑合金动态再结晶软化的流变应力方程并对流变应力进行预测。结果表明:预测曲线与实验结果具有很高的相关系数,所构建的流变应力方程能准确地描述热变形过程中合金的流变应力行为。微观组织观察表明在变形初期合金组织主要为动态回复组织,随着应变增加,逐渐转变为再结晶组织。     

Zr-4合金热变形行为及物理本构模型

利用Gleeble-3500型热模拟试验机对Zr-4合金试样进行等温恒应变速率压缩实验,对其热变形行为进行分析,综合考虑变形温度对Young's模量和自扩散系数的影响,建立了 Zr-4合金基于应变耦合的物理本构模型.研究结果表明:合金的峰值应力对变形温度和应变速率敏感,峰值应力会随应变速率的增加或变形温度的降低而增大;...     

An Application of ANFIS to Predict the Hot Flow Behavior of 6063 Aluminum Alloy

In order to determine the optimum hot-forming processing parameters for 6063 aluminum alloy, the compressive deformation behavior of 6063 aluminum alloy was investigated at the temperatures from 300 to 500?°C and strain rates from 0.5 to 50?s^?1 on a Gleeble-1500 Thermal Simulator. Based on the compression experimental data, a novel adaptive network-based fuzzy inference system (ANFIS) model is developed to predict the flow behavior of 6063 aluminum alloy. In the ANFIS system, the inputs of the ANFIS are the strain, the strain rate and the temperature, whereas the flow stress is the output. The effects of strain, strain rate, and temperature on the flow behavior of 6063 aluminum alloy have been studied by comparing the experimental and the predicted results using the developed ANFIS model. The results show that predicted values using the developed model are in good agreement with the experimental data, which demonstrates the reliability of the developed ANFIS model.     

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。     

物理基本构模型和BP人工神经网络模型预测AZ80镁合金高温流动应力的比较研究

基于变形温度250~400 ℃和应变速率0.001~1 s^-1条件下的铸态AZ80镁合金的热压缩试验数据,建立了基于应力位错关系和动态再结晶动力学的物理基本构模型以及前馈反向传播算法的人工神经网络（ANN）模型来预测AZ80镁合金的热变形行为。采用相关系数（R）、平均绝对相对误差（AARE）、相对误差（RE）3种统计学指标来验证2种模型的预测精度。结果表明,2种模型均可以准确预测AZ80镁合金的热变形行为。其中,ANN模型预测的应力值与实验数据更为吻合,其R和AARE分别为0.9991和2.02%,而物理基本构模型预测的R和AARE分别为0.9936和4.52%。ANN模型较好的预测能力归功于它擅长处理复杂的非线性关系,而物理基本构模型的预测能力是基于模型具有一定的物理意义,模型参数的确定充分考虑了热变形过程中的加工硬化（WH）、动态回复（DRV）和动态再结晶（DRX）的热动力学机制。最后,对这2种本构模型的优缺点及适用范围进行了比较讨论。     

利用本构方程和加工图表征BFe10-1-2白铜合金的热变形行为

为了获得BFe10-1-2白铜合金的合理热变形工艺参数,通过热模拟压缩试验对该合金的高温变形行为进行了研究。试验温度为1023~1273K,应变速率为0.001~10s_-1。通过流变曲线分析、动力学分析及加工图对BFe10-1-2白铜合金的高温变形行为进行了表征,计算出BFe10-1-2白铜合金在热压缩变形过程中的激活能为425.299KJ/mol。通过Zener-Holloman参数以及真应变建立了BFe10-1-2白铜合金的本构方程用以描述该合金的高温流动应力。对计算的流动应力值与试验值进行了对比,结果表明：本构方程可以准确描述该合金的高温流动行为。此外,基于动态模型,建立了BFe10-1-2白铜合金的热加工图,并通过宏观及微观组织分析对加工图的准确性进行了验证。     

Constitutive analysis of 6013 aluminum alloy in hot plane strain compression process considering deformation heating integrated with heat transfer

Hot plane strain compression tests of 6013 aluminum alloy were conducted at temperatures ranging from 613 to 773 K and strain rates ranging from 10^-3 to 10 s^-1. A novel model is developed to describe the temperature rise considering deformation heating integrated with heat transfer in tests. The experimental flow stress data are corrected by the proposed novel model. Based on the corrected flow stress, the modified power function constitutive model is developed considering the coupled effects of deformation temperature and strain rate on flow stress. Meanwhile, another two widely used models, temperature-compensated power function and straincompensated hyperbolic sine constitutive model, are also established for the studied 6013 aluminum alloy. Finally, the three constitutive models are compared from the aspects of accuracy, stability and efficiency. It is found that the experimental flow stress is significantly affected by the temperature rise. Furthermore, the influence of heat transfer on temperature rise cannot be ignored. When the constitutive model is established, the coupled effects of deformation temperature and strain rate on flow stress should be considered. The modified power function constitutive model is the best one in describing the flow behavior among the three models.     

2024A铝合金高温流变行为及本构关系研究

采用Gleeble-3500热模拟试验机对2024A铝合金进行等温热轧,对其高温流变行为进行了研究。通过试验获得2024A铝合金在温度为300~450℃、应变速率为0.01~10s-1时的真应力-真应变曲线。结果表明,2024A铝合金的流变应力与温度、应变速率和变形量之间呈非线性关系,流变应力随着应变速率增大而升高,随着变形温度的升高而降低。基于试验数据,分别建立考虑应变补偿的Arrhenius和修正的Johnson-Cook(M-JC)本构模型,引入统计学方法对模型精度进行量化评估:Arrhenius模型的平均相对误差和均方根误差分别为5.02%和5.88MPa,M-JC模型的平均相对误差和均方根误差分别为3.72%和5.27MPa,可见M-JC模型预测精度优于Arrhenius模型,说明M-JC模型能更为准确地描述2024A铝合金的高温轧制过程中的流变行为。     

6061铝合金半固态本构方程的研究

采用Gleeble3800热模拟试验机,对采用近液相线半连续铸造方法制备的6061铝合金半固态坯料进行热模拟压缩试验,研究变形温度为585℃~605℃、应变速率为0.01/s~10/s时,变形温度和应变速率对变形行为的影响。结果表明,半固态铝合金的流动应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增大而增大。以半固态触变压缩试验结果为基础,建立了反映半固态6061铝合金变形行为的本构方程,并进行回归分析。结果表明,该模型具有良好的精度,试验确定的6061铝合金本构关系的适用温度范围为585℃~605℃,应变速率范围为0.01/s~10/s。     

一种新型亚稳β钛合金热变形的本构模型(英文)

基于新型亚稳β钛合金Ti2448在温度1023～1123K、应变速率63～0.001s-1下的等温热压缩流动应力曲线特征,构建能够完整描述该合金流动应力与应变、应变速率、变形温度之间关系的本构模型。在此过程中,通过基于统一黏塑形理论改进双曲正弦函数,构建合金在高应变速率(≥1s-1)下发生动态回复(DRV)的模型;通过对标准的Avrami方程进行简化,表征了Ti2448在低应变率(1s-1)下发生的动态再结晶(DRX)软化机制。最终通过应用全局优化求解非线性方程的新方法确定模型中的相关参数。根据所建模型得到的预测曲线和实验曲线吻合得较好,能够有效预测Ti2448在热变形过程中的流动应力,为构建亚稳β钛合金热变形本构模型提供一种有效的方法。     

基于应变补偿和修正项的新型铝锂合金温热变形本构模型

采用UTM5000电子万能拉伸试验机,在变形温度573~648K和应变速率0.001~0.1s-1条件下对2060-T8铝锂合金进行等温恒应变速率拉伸试验,得到其在变形过程中的真应力-真应变曲线,建立了基于应变补偿和修正项的温热变形本构方程。通过扫描电子显微镜(SEM)分析拉伸断口,对2060-T8铝锂合金的温热变形行为进行研究。结果表明：2060-T8铝锂合金对变形温度和应变速率具有较高的敏感性,流变应力曲线呈现出应变硬化和流变软化的特征,随着变形温度的升高和应变速率的降低,稳态流变特征逐渐消失,其在温热变形条件下的断裂形式为韧性断裂。修正的本构模型与实验值吻合度较高,可以为2060-T8铝锂合金温热变形的有限元模拟提供前提条件。     

Modeling Constitutive Relationship of Cu-0.4 Mg Alloy During Hot Deformation

For predicting the high-temperature deformation behavior in a Cu-0.4 Mg alloy, the true stress-strain data from isothermal hot compression tests on a Gleeble-1500 thermo-mechanical simulator, in a wide range of temperatures (500, 600, 700, 750, and 800 °C) and strain rates (0.005, 0.01, 0.1, 1, 5, and 10 s^?1), were employed to develop the Arrhenius-type constitutive model and the artificial neural network (ANN) constitutive model. Furthermore, prediction ability of the two models for high-temperature deformation behavior was evaluated. Correlation coefficients (R) between the experimental and predicted flow stress for the Arrhenius-type constitutive model and the ANN constitutive model are 0.9860 and 0.9998, respectively, and average absolute relative errors between the experimental and predicted flow stress for these two models are 5.3967% and 0.7401%, respectively. Results show that the ANN constitutive model can accurately predict the high-temperature deformation behavior over a wider range of temperatures and strain rates, while for the Arrhenius-type constitutive model there is greater divergence in the regime of high strain rates and low temperatures.     

半固态7050铝合金热压缩变形行为

在Gleeble-3500热模拟机上对半固态7050铝合金进行了高温热压缩试验,研究了该合金在变形温度为420～465℃、应变速率为0.001～0.100s-1条件下的流变应力行为以及变形过程中的显微组织。结果表明,流变应力在变形初期随着应变的增大迅速增大,出现峰值应力后逐渐平稳,流变应力随着应变速率的增大而增大,随着变形温度的升高而下降;流变应力可以用双曲线正弦形式的关系来描述,通过线性拟合计算出该材料的形变激活能等参数,获得流变应力的本构方程。随着变形温度升高和应变速率降低,合金中拉长的晶粒变大,合金热压缩变形的主要软化机制为动态再结晶。