金属薄壁管液压胀形极限测试装置的试验研究

分析了金属薄壁管液压胀形中胀形区截面节点的应力和应变状态,分别针对轴向进给力F的作用大于或小于液压力P的作用,金属薄壁管胀形区截面节点的应变状态分别对应成形极限图的左侧和右侧应变状态,开发1套能实现胀形区截面节点不同应变状态的金属薄壁管液压胀形极限测试装置,通过示例,获得了简单加载路径下金属薄壁管液压胀形成形极限图。     

有限长薄壁管胀形研究

本文采用塑性增量理论研究了有限长薄壁管胀形过程中的应力、应变关系，提出了薄壁管胀形的应力、应变数值计算理论，解决了薄壁管胀形工艺的工程计算问题。文中首次提出了内压可行域、轴压可行域的概念，阐述了正确制定胀形加载路径应遵循的原则。理论计算与测试结果吻合较好。为应用管材生产凸形零件奠定了理论基础。     

铝合金方形管件液压胀形成形性的有限元模拟和实验研究

管材液压胀形件的变形复杂,难以确定其最佳成形路径。着眼于A6063铝合金方形管件的液压胀形,探索可以提高其成形性的最佳加载路径。使用ABAQUS EXPLICIT软件,对管材液压胀形过程进行有限元模拟,分析轴向和圆周方向的应变,假定管材在液压胀形中为平面应力状态,使用由S-R理论得出的FLD对不同应变路径下的管材液压胀形的成形性进行评价,并在此基础上确定最佳加载路径。为了验证理论结果的有效性,使用直径为Φ40 mm、厚度为2 mm的A6063铝合金管进行了实验研究,实验结果和理论预测基本一致。     

基于冲击液压胀形试验及遗传算法构建薄壁管动态塑性本构关系

为了准确构建冲击液压胀形真实环境下金属薄壁管的动态塑性本构关系,提出了一种基于遗传算法构建薄壁管本构关系的方法.首先,通过对冲击液压成形中金属薄壁管应力应变状态的分析,确定了薄壁管塑性本构模型及力学关系;然后,在冲击液压胀形试验过程中,基于三维数字散斑相关法实时在线获取薄壁管胀形区塑性变形参数;接着根据试验变形数据,利...     

内外压复合作用下5A02铝合金管材的硬化行为

为了研究管材在内外压复合作用下的硬化行为,在中间自由胀形区为椭圆形轮廓线的假设条件下,理论推导得到内外压复合作用下管材的应力/应变分析模型;再利用薄壁5A02-O铝合金管材在研制的内外压复合成形实验装置上进行外压为85 MPa(1.0σs)的实验研究,得到5A02铝合金管材在内外压复合作用下的应力-应变曲线。结果表明:5A02铝合金管材在内外压复合作用下进行胀形时,其胀形区轮廓形状依然可以准确地用椭圆函数进行拟合,且最高点处壁厚与胀形高度符合线性关系;由内外压复合胀形得到的应力-应变曲线的硬化指数n值为0.274,低于单向拉伸时得到的n值(0.304)。     

基于应变速率变化准则构建管材液压胀形成形极限图

基于应变速率变化准则(Strain Rate Change Criterion,SRCC),研究了管材液压胀形过程中极限破裂点与其相邻节点应变速率之间的关系。通过对比胀形区中截面极限状态点与其相邻网格节点的应变速率值,可以判断管材胀形过程是否发生了破裂失效。通过管材液压胀形成形极限破裂实验发现,在管材胀形区极限状态点达到破裂时刻的应变速率值与胀形过程其它时刻的应变速率值相比有明显的突变,说明随着胀形区变形程度的增加,由于加工硬化等现象,胀形区可能发生了分散性失稳,从而使得胀形区变形不均匀。分析实验结果表明,管材液压胀形区中心单元体与其相邻节点之间的应变速率比值达到100左右时,认为管材达到破裂状态,通过提取胀形区极限状态点的极限主应变值来构建成形极限图,实验结果与数值仿真结果吻合较好。     

三种因素交互作用对镁合金变形行为的影响

通过室温单轴拉伸及双轴拉伸实验研究了不同应力状态下加载速率对镁合金板材断裂伸长率及成形性能的影响。通过增加200℃下双轴拉伸实验研究了不同温度与加载速率下镁合金板材成形性能的差异。分析了温度、加载速率及应力状态之间的交互作用对镁合金成形性能的影响。结果表明:加载速率对镁合金塑性变形能力的提升在平面应力状态下较在单轴拉伸状态下明显提高;温度与加载速率对镁合金成形性能影响的交互作用在室温与200℃下相差较大。相对于单轴拉伸应力状态,平面应力状态两个方向上同时存在的主应力能减弱镁合金板材变形时的应力集中,提高了镁合金的断裂强度。     

PLASTIC DEFORMATION REGULARITY OF TAILOR-WELDED TUBE (TWT) WITH DISSIMILAR THICKNESS DURING HYDRO-BULGING

为揭示差厚拼焊管内高压胀形的变形规律, 采用有限元数值模拟和实验并结合力学分析, 研究了差厚拼焊管胀形时薄壁管、厚壁管的变形差异, 及塑性区的发生、发展过程和促进变形协调的力学和几何因素, 分析了差厚变形条件下薄壁管、厚壁管的应力、应变发展历史. 结果表明: 差厚拼焊管内高压胀形时, 厚壁管的变形始终落后于薄壁管. 薄壁管中部最先屈服, 塑性区自中部向两端逐渐扩展, 厚壁管靠近焊缝端先屈服, 随着内压升高塑性区逐渐扩展到另一端. 变形强化和长度比增大可促进两管协调变形. 无论长度比如何变化, 整个变形过程中薄壁管轴向应变始终为拉应变, 厚壁管轴向始终为压应变.     

AZ31B镁合金挤压管材的内高压成形性能

通过拉伸实验和胀形实验研究了不同温度下AZ31B镁合金挤压管材的成形性能.结果表明,随着温度的升高,管材的轴向拉伸成形性能明显提高,但其胀形性能并没有相应变化.这主要是因为挤压过程导致管材环向变形性能与轴向变形性能存在较大差别,管材具有明显的各向异性特征.此外,采用分流模挤压的管材,沿管材环向还存在若干条焊缝.在热态下胀形时,焊缝成为最薄弱的部位从而提前破裂,降低了管材的整体胀形性能.     

双轴加载下变形镁合金各向异性硬化模型研究

基于CB2004屈服准则提出了一种用于表征变形镁合金双轴加载下各向异性加工硬化行为的本构模型。由于薄板成形时处于平面应力状态,将三维应力简化到二维应力空间。塑性应变累积引起加工硬化行为,造成等塑性功面的形状发生畸变,因此,将各向异性模型参数和等向强化表达为参考塑性应变的指数函数,表征畸变效应,采用最小二乘法确定模型参数。与实验结果相比较,该模型有效地表征了镁合金双轴加载下各向异性加工硬化行为,实验验证了模型的准确性。从微观变形机制解释了这种各向异性硬化行为是由不同加载方式下主导变形机制发生变化引起。     

应变路径改变对管材液压胀形成形极限图的影响

以管材液压胀形工艺为研究对象,对常见的应变路径进行分类,采用"分段逼近"的数学简化方法,将复杂应变路径简化为分段应变路径.基于Swift分散性失稳准则建立了单一应变路径的管材液压胀形成形极限图;利用Hill集中性失稳准则建立了复杂应变路径下的成形极限图.通过对比不同应变路径下的管材液压胀形成形极限图,揭示了应变路径的改...     

RMA5182铝合金的各向异性硬化行为

为了通过力学测试实验和解析的屈服模型来表征RMA5182铝合金的各向异性硬化行为，基于狗棒和胀形试样，采用数字图像相关技术进行了RMA5182铝合金在不同加载条件下的力学实验，获得了其相应的应变硬化行为。实验结果表明，RMA5182铝合金在等轴双拉下的屈服强度高于单轴拉伸下，其各向异性依赖于塑性应变，呈现出各向异性硬化行为。采用一种基于几何定义的凸性分析方法确定了Chen-CQN模型在大应变下的凸性区域。比较了Yld2000-2d和SY2009屈服函数与Chen-CQN屈服函数在不同应变下的屈服轨迹，结果表明，Chen-CQN屈服函数具有柔性的表征能力，能够高精度地模拟RMA5182铝合金在不同加载条件下的硬化行为。     

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。     

差厚拼焊管内高压胀形塑性变形规律

为揭示差厚拼焊管内高压胀形的变形规律,采用有限元数值模拟和实验并结合力学分析,研究了差厚拼焊管胀形时薄壁管、厚壁管的变形差异,及塑性区的发生、发展过程和促进变形协调的力学和几何因素,分析了差厚变形条件下薄壁管、厚壁管的应力、应变发展历史．结果表明：差厚拼焊管内高压胀形时,厚壁管的变形始终落后于薄壁管．薄壁管中部最先屈服,塑性区白中部向两端逐渐扩展,厚壁管靠近焊缝端先屈服,随着内压升高塑性区逐渐扩展到另一端．变形强化和长度比增大可促进两管协调变形．无论长度比如何变化,整个变形过程中薄壁管轴向应变始终为拉应变,厚壁管轴向始终为压应变．     

单、多轴混合加载下GH4169合金的高温疲劳特性

利用拉扭薄壁管疲劳试样,在应变控制拉扭循环加载下对高温合金材料GH4169的多轴循环特性进行了实验研究,高温疲劳实验过程中,采用单、多轴混合加载路径对薄壁管疲劳试件进行加载,通过连续记录拉与扭的应力响应值研究了变幅高温多轴疲劳特性,结果表明,在高温低周单、多轴混合疲劳块载荷加载下,试件的疲劳寿命与应力响应特性不但取决于应变加载路径,而且与加载路径的排列顺序和加载参数的大小有关。     

液压胀形环境下管材的力学行为

管材液压胀形技术在轻量化、一体化制造领域具有很好的发展前景和应用价值。为了更好地分析与研究该技术,结合国内外学者的研究进展,对液压胀形下管材的力学行为进行了全面地分析与总结。首先,对金属薄壁管在液压胀形下力学模型的构建方法进行了介绍,并分析了力学模型在塑性本构关系构建和管材成形性等方面的具体应用;然后,分析了双金属复合管液压胀形的成形机理及成形过程中的力学行为;最后,对管材液压胀形技术的发展趋势进行了阐述。通过对近年来管材液压胀形力学行为的分析与总结,为管材液压胀形技术的发展提供了有益参考。     

Al6061／20SiCw板材的超塑成形极限与空洞行为

对Al6061/20SiCw板材在单向拉伸和等双向拉伸应力状态下的孔洞行为进行研究.利用长轴与短轴比分别为1-1和2-1的胀形模具,在恒定应力2 MPa,温度873 K的条件下,研究Al6061/20SiCw板材的成形极限.基于MARCHINIAK-KUCAYNSKI(M-K)模型和塑性损伤模型,提出一种用于预测Al6061/20SiCw板材在双向拉伸应力状态下的极限应变的分析模型.结果表明:在相似的等效应变速率下,等双向拉伸应力产生的孔洞数量稍多于单向拉伸应力产生的孔洞数量;对于无初始几何缺陷的Al6061/20SiCw板材,分析模型能较为准确地预测复合材料在双向拉伸条件下的极限应变.     

不同应力状态下St14-T冷轧薄板本构关系研究

采用液压胀形试验分析了双向拉伸变形过程板材的应力梯度和应变分布 ,确定了双向拉伸变形状态下板材的应力应变关系曲线 ,探讨了不同应力状态下板材的本构关系。研究结果表明 ,不同应力状态下板材的本构方程存在一定的差异 ,双向拉伸变形条件更有利于发挥材料塑性变形的潜力。与单向拉伸相比 ,双向拉伸变形更有助于板料变形的均匀化 ,并抑制颈缩的产生和进一步扩展     

先进高强双相钢板破裂失效B-W预测模型

为研究先进高强双相钢不同型号板料的应力三轴度与断裂应变的断裂特性，建立不同应力状态下的应力三轴度与断裂极限应变B-W关系曲线，研究B-W曲线与钢种材料参数的关系，设计了4种先进高强双相钢的拉伸、剪切与胀形断裂试验，求解了应力三轴度和等效塑性应变，采用Hill′48正交各向异性模型和Modified Mohr-Coulomb破裂失效模型对拉伸、剪切与胀形断裂进行了数值模拟，建立了从剪切到双拉范围内的B-W曲线，并通过研究B-W曲线与材料参数的相关性，建立了B-W曲线与材料参数的表达式，以减少标定B-W曲线的困难。通过拉弯试验与仿真验证了所建立模型的准确性和有效性。     

基于最大m值法的超塑性胀形最佳压力加载方式

采用最大m值法拉伸试验获得了随应变变化的最佳应变速率关系曲线,以控制钣金超塑胀形气压加载,使得板料变形集中部位的实际等效应变速率等于变化的最佳应变速率,而非等于恒应变速率拉伸获得的最佳应变速率定值,从而获得比目前基于恒应变速率超塑胀性更优良的成形性能。以2A12铝合金为研究对象,采用最大m值法拉伸实验获得其最佳应变速率关系曲线,以控制超塑性胀形,并与恒应变速率胀形进行比较;为改善壁厚均匀性,设计了正反胀形模具与工艺,并结合有限元软件MSC.Marc 2010,对整流罩进行单向和正反向胀形模拟,并进行实验验证。结果表明,对于单向胀形,基于最大m值法的简化应变速率胀形,其成形时间仅为760s,较恒应变速率胀形3 360s大幅缩短,而二者的减薄率分别为70.4%和70.9%,在降低减薄率的同时,极大的提高了胀形效率;基于最大m值法的简化应变速率正反胀形,零件最小壁厚为1.157mm,较基于最大m值法的简化应变速率单向胀形零件的最小壁厚0.887mm有一定程度增加,而不均匀性则由69.97%降为28.9%,有效改善了壁厚均匀性;实验证明,采用最大m值法的胀形件的最小壁厚有所提高,均匀性得到了有效改善,且壁厚分布与模拟结果相吻合。