基于液压胀形实验及增量理论构建管材本构关系

为了准确构建管材本构关系,提出一种新的依据管材液压胀形实验数据、运用增量理论构建管材本构关系的方法。通过采用三维应变测量分析系统在线实时测量管材胀形实验中胀形区的三维位移场,并通过计算获得三维应变场、壁厚减薄等,避免了对管材胀形轮廓形状的预先假设。为了验证提出方法的可靠性,将运用增量理论、全量理论及单向拉伸实验确定的管材材料参数分别用于管材液压胀形实验的有限元模拟,并将模拟得到的管材的最大胀形高度、胀形轮廓形状与实验结果进行对比。结果显示,基于增量理论法获得各项结果的偏差均最小,在6.7%范围以内,故基于增量理论的方法能更准确地预测管材材料的本构关系。     

渗碳材料本构关系的研究方法

齿轮采用“渗碳温挤压”成形,需要了解渗碳后材料的本构关系,针对渗碳后材料含碳量不均匀、圆柱体渗碳处理得不到均匀试样的特点,提出将渗碳材料处理为若干均匀的圆环试样,分别研究再综合处理的方法。并给出圆环压缩时应力应变的计算公式以及用于该实验的试样尺寸。该方法也可用于其它非均匀材料本构关系的研究。     

一种建立热粘塑性材料本构关系的新方法

介绍了用于建立热粘性塑性材料本构关系的人工神经网络（ＡＮＮ），通过应用实例证明，指出这一网络不仅可满足工程应用的需要，还能为塑性加工智能仿真提供准确原始信息。     

考虑硬度的材料动态塑性本构关系模型

材料动态塑性本构关系一般是针对某一特定硬度,而不适用于材料硬度的变化。该文考虑硬度对屈服强度和抗拉强度的影响,建立了屈服应力及应变硬化指数与材料硬度的关系,在J-C本构关系模型的基础上,不引入其他参数建立了考虑硬度的材料动态塑性本构关系模型。以AISI4340钢为例,阐述了考虑硬度的材料动态塑性本构关系的建立过程,并与文献研究结果比较表明,该模型可以正确反映材料在不同硬度时的动态力学性能。     

高强度钢热冲压塑性本构关系建立及应用

在实验温度500、650、700、800℃和应变速率0.01、0.1、1.0 s-1条件下,研究了高强钢22Mn B5单向热拉伸的应变、应变速率和变形温度对流动性能的影响;建立了22Mn B5钢的热冲压塑性本构关系。它很好地描述了单向热拉伸时真应力—应变曲线变化,即真应力随温度升高而降低,随应变速率增大而增大。运用所建本构关系计算了22Mn B5钢在不同变形条件下的真应力,并与实验值对比,发现最大相对误差为4.26%,最大均方差为8.244 MPa。这说明所建本构关系可信度较高,可提高有限元模拟精度,能为工业生产提供借鉴。     

基于管材挤压实验的ZK60镁合金本构关系模型

根据管材挤压实验建立了适合于ZK60镁合金管材挤压变形时的材料本构关系模型。对ZK60镁合金进行了管材热挤压实验研究。根据管材热挤压实验数据以及Arrhenius型材料本构模型,确定了适合于ZK60镁合金管材挤压变形时的材料本构关系模型,该本构关系模型的计算相对误差小于9.2%,本文确定的本构关系模型的适用温度范围为270~330℃,应变速率范围为1.29~5.15s-1。     

一种建立热粘塑性材料本构关系的新方法

介绍了用于建立热粘性塑性材料的本构关系的人工神经网络，通过应用实例证明，指出这一网络不仅可满足工程应用的需要，还要为塑性加工智能仿真提供准确原始信息。     

型砂回弹本构关系研究

高紧实度造型技术和方法不断发展,型砂回弹是制约铸件精度和质量的重要因素。研究了影响型砂回弹的因素,如型砂紧实率、膨润土含量和压实比压等,这些参数的变化对型砂回弹产生重要影响;导出了型砂回弹关于各个参数的应力-应变关系式,为进一步认识型砂回弹规律和提高铸件精度提供了力学依据。     

大型锻件的本构关系

文章简述了大型锻件的锻造工艺特征,并据此给出了大型锻件锻造全程数值模拟对本构关系的具体要求。给出了基于不可逆热力学理论所建立的热粘塑性本构关系的一般框架,详细讨论了各种工况条件下材料流动应力的表达式和内变量的演化方程,后者是正确预报热锻中微观组织演化的理论基础。还特别讨论了考虑3种变形机制的超塑性本构关系,这对发展航空锻件等温锻和超塑性成形具有重要意义。给出了用这些本构关系进行大锻件锻造过程全程数值模拟与晶粒度预测的实际案例,由这些案例可以看出,工艺数值模拟结果对理解和解决实际工程中的技术难题帮助极大。     

Ti-17合金本构关系的人工神经网络模型

开发了一个基于神经网络的Ｔｉ１７ 合金的本构关系模型。首先利用ＴｈｅｒｍｅｃｍａｓｔｏｒＺ 型热模拟机等温压缩Ｔｉ１７ 合金, 研究在不同变形温度、变形程度和应变速率等工艺参数条件下流动应力的变化情况。然后用实验所得的热变形工艺参数与性能间的数据训练人工神经网络。训练结束后的神经网络变成为一个知识基的本构关系模型。利用该模型预测的流动应力的值与实验结果间的误差较小。     

应力应变顺序对应规律及其学术意义

应力应变顺序对应规律,是王仲仁教授于1979年提出的,起初在国内有一些争议,后来王仲仁教授又作了理论推导与实验验证。目前,该规律已被列入《金属塑性成形原理》全国通用教材。本文阐述此规律的提出和完善过程,并讨论其学术意义。     

一种建立板料成形极限应力图的新方法

基于塑性理论建立了比例加载条件下双向拉伸应力应变关系,结合Swift分散性失稳准则,提出了一种建立板料成形极限应力图的方法。分别应用Hill 48和Hosford屈服准则以及单向拉伸性能参数,建立了铝合金板(r<1)和薄钢板(r>1)两种材料的成形极限应力图(FLSD),分析表明,不同的屈服准则的选取对于成形极限应力曲线有不同的影响,对于不同类型的材料屈服准则的影响程度也不同。与由通常的成形极限图(FLD)转换所得到的成形极限应力图(FLSD)进行了对比分析,结果表明,所提出的方法计算过程更为简便,并能较为准确地建立成形极限应力图,可以作为复杂加载路径下的成形极限破裂判据。     

一种多轴循环本构关系预测方法

该文研究表明,非比例加载下材料多轴循环本构关系中,塑性应变不仅与应力状态有关,还与其应变路径密切相关。根据材料在多轴非比例加载下产生附加强化的机理,基于临界平面法,分析和计算能够表征与应变路径相关性的塑性应变能;在Osgood-Ramberg方程的基础上,结合塑性应变能和利用von-Mises准则合成的等效应变,对多轴循环等效应力应变关系中的循环强度系数和循环应变硬化指数进行修正,并考虑了平均应变的影响;提出一种能反映应变路径相关性的多轴循环本构关系的预测方法。该方法基于材料产生塑性变形和疲劳损伤的机理,考虑了应力状态和应变路径对多轴循环本构关系的影响,并利用45钢和40CrMo钢,在多种典型应变路径下的疲劳试验数据,对该方法的准确性进行验证。结果表明,该方法能同时适用于比例与非比例加载,多轴循环稳态应力响应的预测结果与试验结果吻合良好,方法简单,便于工程应用。     

压痕应变法测量焊缝应力时的近似修正方法

压痕应变法作为近年来出现并已得到工程应用的一种新型残余应力测量技术,正在受到日益重视.目前通过应变增量计算残余应力的方法仍然是通过事先试验标定,测量超强或低强匹配焊缝中的残余应力时采用的仍然是母材的标定系数,因而会带来严重误差.首先对压痕周围物理变形场进行了相应分析,继而提出一种计算焊缝残余应力的近似修正方法,从而使焊缝应力的测量精度大大提高.     

薄壁管管端成形的有限元分析

针对管端成形过程中金属塑性流动引起的轴向伸缩及卸载回弹导致的成形精度问题,研究金属的塑性流动和回弹对管端成形的影响。以不锈钢卡压式直通管件为研究对象,运用LS-DYNA的有限元显式算法和隐式算法对薄壁管管端成形进行数值模拟,得到管材的金属流动分布和卸载后的回弹结果,并进行了实验验证。研究表明,管端扩孔和缩孔中,在变形急剧处,金属出现一定程度的累积,壁厚有较明显地增加。金属的流动对管端的径向尺寸影响可以忽略,但是对管端的轴向尺寸影响较大,需对坯料进行补偿;管端卸载后的回弹尺寸影响成形的精度,需通过模具进行补偿。对金属塑性流动和回弹进行有限元分析,能有效地指导管端成形的模具设计及优化加工工艺,极大缩短产品开发和模具设计周期。     

用Ks计算法设计冷轧管孔型变形段中各管坯壁厚

提出了设计冷轧管孔型的 Ks计算方法。通过 6个实例 ,与现有计算法对比 ,计算结果表明 :Ks计算法是可行的 ,并且能够控制最后小段的 Ks.n值 (Ks与变形量的意义是等价的 )。     

纯铁在高应变率下的流动应力特征及其动态塑性本构关系

利用MTS材料试验机和分离式Hopkinson压杆实验装置,对锻造后经930℃下退火2h的纯铁材料进行压缩实验,测定纯铁在准静态条件(10-3s-1~100s-1)和高应变率(650s-1~8500s-1)下的应力-应变曲线。实验结果表明,纯铁是应变率敏感材料,纯铁在高应变率条件下,具有应变率增强、增塑以及应变强化效应,高应变率下的塑性变形过程中产生的绝热升温对材料具有热软化作用。基于Johnson-Cook(J-C)本构模型,引入绝热温升软化项对模型进行修正,通过实验数据拟合得到了纯铁的动态塑性本构关系,模型计算结果和实验结果证明,该模型可以较好地预测纯铁在高应变率下的塑性流动应力。     

双层管内压弯曲过程轴向应力分析

双层管内压弯曲方法为获得大直径超薄弯管提供了可行的途径,文章对该方法避免内层管起皱的机理进行研究。内压在双层管轴向产生的附加拉应力,可降低弯曲内侧轴向压应力,有助于预防起皱。采用弹性理论,得到双层直管状态下附加轴向拉应力表达式,并对理论模型进行验证。通过数值模拟,分析了弯曲过程中支撑内压、外层管厚度,对内层超薄管起皱和轴向应力的影响规律。理论分析结果表明,双层管极限支撑内压,会随外层壁厚的增加而显著提高,因此对于厚度比较大的双层管,可以通过采用较大的支撑内压,提高附加轴向拉应力的方法避免起皱。模拟结果表明,随着外层管厚度增加,外层管弯曲时不易发生失稳起皱,同时弯管内侧轴向压应力绝对值降低。支撑内压越高,内外层界面贴合越紧密,内层管在承受轴向压应力时,其稳定性越高。     

Development of a finite element simulation system for the tube axial compressive precision forming process

Tube axial compressive precision forming including free deformation can be developed into an advanced precision forming process with high quality, high efficiency, low consumption, good flexibility for size changes. However, the mechanism of free deformation existing in the process is complicated and is hard to study with theoretical analysis and experimentally and there has not been sufficient research of the process. In this paper based on an analysis of deformation modes, a rigid-plastic finite element model of forming process is established and some key technology problems related to the simulation are resolved. A corresponding finite element simulation system was then developed. Experiments carried out show that the system developed is reliable and can be used for a further and systematical study of the tube axial compressive precision forming process.     

A new method for production of variable thickness aluminium tubes: Numerical and experimental studies

Tube drawing is one of the mostly used techniques for producing tubes in various sizes. In this method, tube passes through the die and mandrel to produce constant wall thickness tube. In some applications like transportation industry, design necessities cause requirement for these kinds of tubes. Furthermore some manufacturing processes like tube hydroforming dictate have a tube with variable thickness. In this study, with a modification made to the classical tube drawing process, the sinking and fixed-mandrel tube drawing methods were mixed together to produce tubes with variable thickness in the axial direction. An optimization method, namely the leapfrog optimizer for constrained minimization, was coupled with a finite element model to study design specifications i.e. effect of initial tube geometry on this new process. The obtained results from finite element method (tube drawing force, the minimum and maximum final thickness of tube) were compared with the experiments performed in the designed and manufactured machine and acceptable agreement was observed. Based on these results, the maximum and minimum thicknesses in the final produced tube are mostly dependent on the thickness and outer diameter of initial tube respectively.