A100超高强度钢的流变应力曲线修正与唯象本构关系

在Gleeble-3500型热模拟试验机上对A100超高强度钢进行热压缩实验,获得了在变形温度为850~1200℃,应变速率为0.001~10s -1 以及变形程度为60%条件下的流变应力曲线,分析热压缩过程中摩擦和温升效应对流变应力的影响,修正了流变应力曲线;并在Arrhenius双曲正弦函数方程的基础上引入应变量参数构建了基于应变量耦合的唯象本构模型。结果表明:随着变形温度的降低或应变速率的增加,摩擦和温升效应对流变应力的影响逐渐显著;所建立的本构模型预测值与实验值的绝对平均相对误差为4.902%,相关系数为0.99,能够用于准确预测不同应变下的流变应力。     

5083铝合金热压缩流变应力曲线修正与本构方程

在Gleeble-3800热模拟机上采用等温压缩实验研究5083铝合金在变形温度为523~723K、应变速率为0.01~10s-1、真应变为0~0.7条件下的高温流变应力行为。基于热传导对合金变形热效应的影响,对流变应力曲线进行了变形热修正。结果表明:热传导对变形过程中产生的温升影响不可忽略,其影响随着真应变的增加而更加显著;修正后的流变应力对峰值应力影响不大,但稳态流变应力软化趋势得到一定程度的减弱。建立了Zener-Hollomon参数的本构方程,可对5083铝合金在不同变形条件下的流变应力进行预测,温升修正后的流变应力值与本构方程的预测值吻合较好,平均相对误差仅为5.21%。     

制动管一体式法兰接头热镦挤成形工艺仿真分析

目的 针对铁路货车空气管路制动系统中焊接法兰接头连接质量不佳的问题,提出一种制动管一体式法兰接头热镦挤工艺。方法 分析了制动管用AISI321不锈钢的高温变形行为并构建了本构方程,并通过DEFORM–2D软件对制动管件法兰接头热镦挤工艺进行了数值模拟。结果 应力–应变曲线在低应变速率时呈现稳态流动,但在高应变速率下会出现明显的波动。本构方程得到的应力计算值与试验真实值的相关系数为0.986,平均相对误差为6.7%。在热镦挤工艺成形法兰接头过程中,挤压阶段的最大应力位于制动管扩径的圆锥面处;镦粗阶段的最大应力位于法兰接头平面成形处,并最终转移至法兰接头的圆角处。结论 建立的本构方程能够反映AISI 321不锈钢真实应力–真实应变的关系,可用于描述该材料在热镦挤成形工艺中的塑性变形行为。在该制动管一体式法兰接头热镦挤成形过程的镦粗阶段,摩擦因数保持在0.3以下能够有效降低镦粗力。     

热挤压态Ni-Co-Cr基粉末高温合金热加工行为EI北大核心CSCD

利用Gleeble-3500D型热模拟实验机进行等温压缩实验,系统研究一种新型热挤压态Ni-Co-Cr基粉末高温合金在变形温度为1020~1110℃、应变速率为10-3~1 s-1条件下的热压缩变形行为,对获得的流变应力曲线进行摩擦修正,利用摩擦修正后的数据分别建立合金的热压缩本构关系方程和考虑应变补偿的流变应力模型;同时,构建热加工图,并结合显微组织分析,优化合金的热变形工艺参数。结果表明:合金在热压缩过程中发生了明显的动态再结晶现象,流变应力随应变速率的降低或变形温度的升高而降低。利用所建立的考虑应变补偿的合金流变应力模型进行流变应力的预测,其预测值与实验摩擦修正值吻合良好。根据构建的热加工图并结合微观组织分析,提出了合金较合理的热加工参数:变形温度约为1076~1103℃、应变速率约为10-3~10-2.77 s-1。     

Al-Zn合金热成形本构模型

目的 表征Al-Zn合金在预时效强化温热成形工艺下的流动行为。方法 利用MMS200热模拟机对Al-Zn合金进行热拉伸试验,变形参数分别为变形温度180～220℃、应变速率0.01～1 s^-1。通过对试验值进行修正,可得到不同变形条件下的真应力-应变曲线,并建立应变补偿的含Z参数本构模型和PSO-BP人工神经网络本构模型。结果 Al-Zn合金热变形过程中呈现正的应变速率敏感性和热软化效应;应变补偿的含Z参数本构模型的R值和E_AARE值分别为0.961和8.761%;而PSO-BP人工神经网络本构模型的R值和E_AARE值分别为0.993 5和2.51%。结论 PSO-BP人工神经网络本构模型的预测值和试验值高度吻合,拥有更准确、更快速的数据采集和分析能力,对铝合金及其他合金材料的热变形行为预测有着重要意义。     

考虑摩擦效应的工业纯钛TA2热压缩变形本构方程及热加工图

目的 研究工业纯钛TA2在变形温度为800～950℃、应变速率为0.001～1 s-1、压下量为50%条件下的热压缩变形行为,构建材料高温本构方程及热加工图。方法 利用Gleeble–3500热模拟试验机进行热压缩试验,对实测流变曲线进行摩擦修正,通过线性回归拟合等方法建立本构方程,基于动态材料模型构建工业纯钛TA2热加工图,确定材料最佳热变形区域。结果 工业纯钛TA2热变形激活能Q为473.491 kJ/mol,应力指数n为3.876 6;最佳热变形参数为变形温度850～950℃、应变速率0.02～0.35 s-1。结论 工业纯钛TA2摩擦修正后的流变应力值均低于实测值,流动应力随变形温度的升高和应变速率的减小而降低。所建立的Arrhenius本构模型可较为准确地描述工业纯钛高温流变行为。工业纯钛TA2在中高温中等应变速率条件下加工性能良好,该区域材料发生了动态再结晶组织转变。     

2024 铝合金板材高温拉伸流变行为和微观组织演化研究

目的研究高温拉伸应力状态下,2024铝合金板材的流变行为和微观组织演化行为。方法对退火后的2024铝合金板进行等温拉伸试验,得到其应力应变曲线,并通过金相实验测定平均晶粒尺寸。建立了2024铝合金板材高温拉伸条件下的流变应力本构关系和晶粒尺寸模型。结果流变应力随温度的升高而减小。流变应力对应变速率有正的敏感性,随着温度的升高,应变速率敏感系数变大。变形后的平均晶粒尺寸随Zener-Hollomon参数升高而减小,随应变量的增加先减小后增大。结论所建立的流变应力本构关系和晶粒尺寸模型,有助于在实际生产过程中优化工艺参数,获得细小晶粒,提高零件性能。该研究为2024铝合金板材热成形工艺的开发和组织控制奠定了理论基础。     

Al-Cu-Mg-Zn超硬铝合金盘类构件塑性变形性能及锻造成形工艺的研究

目的 为了有效改善Al-Cu-Mg-Zn超硬铝合金盘类锻造构件成形精度和力学性能.方法 通过对代号7A04的Al-Cu-Mg-Zn系超硬铝合金进行热压缩实验,分析其流变行为;通过应力-应变数据,建立本构方程及热加工图.将构建的7A04超硬铝合金材料模型导入有限元分析软件中,同时对锻件成形过程进行仿真模拟并优化.结果 获得了基于Arrhenius模型的流变应力本构方程;确定了7A04超硬铝合金最适宜的加工区域,为后续的仿真模拟提供指导;基于7A04超硬铝合金盘类构件锻造成形有限元仿真模拟分析结果,获得了变形均匀锻件的最优方案.结论 通过全尺寸锻造生产实验对模拟分析结果进行验证,获得了变形均匀且无锻造工艺缺陷的7A04超硬铝合金盘类构件.     

B30铜镍合金的高温热变形行为及加工图

在变形温度为750～1000℃、应变速率为0.01～10 s^-1条件下,对铸态BFe30-1-1铜镍合金进行了热压缩实验。综合分析摩擦和温升对合金流变应力的影响,利用修正后的流变应力曲线构建了BFe30-1-1铜镍合金的Arrhenius双曲正弦函数本构关系模型,基于动态材料模型构建合金的热加工图,研究合金热变形过程中的组织演变规律。结果表明：合金的峰值流变应力随着变形温度的降低或应变速率的增加而升高,摩擦和温升能够显著影响合金的真应力-真应变曲线,热变形过程中发生了动态再结晶,本研究构建的合金本构关系模型对峰值应力的预测值与修正后实验值的平均相对误差仅为3.77%,能够准确地预测合金在不同热变形条件下的流变应力。结合热加工图和微观组织分析,合金的较合理的热塑性变形工艺区间为变形温度900～1000℃、应变速率0.04～0.16 s^-1,在该变形条件下热压缩后的样品可获得更多的动态再结晶组织。     

B30铜镍合金的高温热变形行为及加工图EI北大核心

在变形温度为750~1000℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)条件下,对铸态BFe30-1-1铜镍合金进行了热压缩实验。综合分析摩擦和温升对合金流变应力的影响,利用修正后的流变应力曲线构建了BFe30-1-1铜镍合金的Arrhenius双曲正弦函数本构关系模型,基于动态材料模型构建合金的热加工图,研究合金热变形过程中的组织演变规律。结果表明:合金的峰值流变应力随着变形温度的降低或应变速率的增加而升高,摩擦和温升能够显著影响合金的真应力-真应变曲线,热变形过程中发生了动态再结晶,本研究构建的合金本构关系模型对峰值应力的预测值与修正后实验值的平均相对误差仅为3.77%,能够准确地预测合金在不同热变形条件下的流变应力。结合热加工图和微观组织分析,合金的较合理的热塑性变形工艺区间为变形温度900~1000℃、应变速率0.04~0.16 s^(-1),在该变形条件下热压缩后的样品可获得更多的动态再结晶组织。     

6013-T4铝合金不同温度下的动态流变应力及组织演变

采用分离式霍普金森(SHPB)压杆装置进行6013-T4铝合金动态压缩试验,获得温度为25℃、100℃、200℃、300℃、400℃,应变速率为1 000s~(-1)、2 000s~(-1)、3 000s~(-1)、4 000s~(-1)、5 000s~(-1)条件下材料的真应力-真应变曲线,并通过透射电子显微镜(TEM)观测了6013-T4铝合金在不同变形条件下的组织演变。结果表明:6013铝合金有明显的温度敏感性,但是对应变速率的敏感性较弱。应变速率和温度对6013铝合金微观组织的影响显著,位错密度随应变速率的升高而增大,随温度的升高而减小。基于实验数据,求得了6013铝合金Johnson-Cook模型的本构参数并建立其本构模型。与实验结果进行对比,结果表明,所建立的本构模型能够很好地预测6013铝合金的流变应力。     

Constitutive descriptions for hot compressed 2124-T851 aluminum alloy over a wide range of temperature and strain rate

The compressive deformation behaviors of 2124-T851 aluminum alloy were investigated over a wide range of temperature and strain rate on Gleeble-1500 thermo-simulation machine. The results show that the true stress–true strain curves exhibit a peak stress at a very small strain, after which the flow stresses decrease until high strains, showing a dynamic flow softening. The measured flow stress was modified by friction correction, and the corrected flow stresses are lower than the measured ones, which nicely reflect negative effects of the interfacial friction on the flow stress. A revised model is proposed to describe the relationships of the flow stress, strain rate and temperature of 2124-T851 aluminum alloy at elevated temperatures. The stress–strain values of 2124-T851 aluminum alloy predicted by the proposed model well agree with experimental results, which confirmed that the revised deformation constitutive equation gives an accurate and precise estimate for the flow stress of 2124-T851 aluminum alloy.     

基于实验的钛合金优化动态本构模型与有限元模拟

为确定钛合金材料的Johnson-Cook模型中5个待定本构参数,克服传统单因素分析法的弊端并提高参数识别效率和精度,采用拉丁超立方抽样、Spearman秩相关分析的参数敏感度整体分析方法,并在参数敏感度分析结果和基本遗传算法的基础上,建立了一种基于改进小生境算法、可疑峰值点判断策略和局域精确搜索技术的改进遗传算法,基于实验数据建立了精细的钛合金Johnson-Cook本构模型。采用隐式应力积分法将该模型嵌入到ABAQUS用户材料子程序UMAT中,并通过隐函数求导方法推导出一致切线刚度矩阵。通过ABAQUS有限元软件对钛合金材料的动态响应进行数值模拟分析,计算结果与已有的实验数据吻合良好,UMAT子程序的准确性得到验证,可用于钛合金材料的动态响应预测分析中。     

2024-T42铝合金低中应变率力学性能及本构关系

为研究2024-T42铝合金的低中应变率力学性能和本构关系,采用电子万能实验机和高速液压伺服材料实验机,进行常温下2024-T42铝合金准静态、低中应变率拉伸实验,得到材料在不同应变率下的应力-应变曲线。考虑颈缩对真实应力-真实应变的影响,采用仿真反演方法对颈缩后的真实应力-真实应变曲线进行修正,并基于Johnson-Cook本构模型进行拟合。结果表明:2024-T42铝合金在低中应变率范围的率敏感性较弱;但具有较强的应变硬化效应;基于仿真分析的反演修正方法能较好重构材料颈缩点后的真实应力-真实应变曲线;并通过铝管压溃实验和仿真分析,验证了反演修正方法的合理性和所获本构模型参数的准确性。     

2219铝合金动态力学性能及其本构关系

针对2219铝合金在高温、高应变率加工条件下的变形特征以及流动应力变化规律,利用分离式Hopkinson压杆设备对该合金进行了室温以及高温动态压缩力学性能研究,并利用电子万能试验机对其进行准静态压缩力学性能测试,得到了2219铝合金在不同应变率和温度下的真实应力-应变曲线。结果表明:2219铝合金对温度有较高的敏感性,其流动应力随着温度的升高而降低;当应变率在1000~3000s-1范围内时,材料的流动应力变化并不明显;基于Johnson-Cook模型拟合出的模型参数,能较好地预测实验中材料的流动应力。     

Simulation studies on deformation behaviour of AA2017 alloy in semi-solid state using FEA

Abstract

Thixo-forming is one of the near net shaped manufacturing processes in which the final product is made between the liquidus and solidus temperatures. Forming the product at this temperature range provides large benefits compared to conventional forming methods. In the present work, deformation mechanism of AA2017 alloy in the semi-solid state has been studied. As the mechanical behaviour and deformation mechanism of semi-solid metal is completely different from that of the solid state forming, it is necessary to investigate its nature at the semi solid range. To analyse the metal flow, the stress behaviour and the corresponding strain induced, extensive finite element analysis (FEA) based simulation studies have been performed. The commercial software, DEFORM 2D was used for the simulation. The flow behaviour was modelled by formulating an Arrhenius type constitutive relation.     

5182-O铝合金塑性成形性能表征

目的 结合复杂加载状态试验、塑性和损伤断裂本构模型及有限元应用,实现AA5182-O铝合金在复杂加载状态下塑性变形和损伤断裂行为的精确表征。方法 通过拉伸、剪切等试验,研究5182-O在剪切、单向拉伸、平面应变拉伸等复杂应力状态下的力学性能,应用pDrucker方程来表征其复杂加载状态下的塑性变形和损伤断裂特性。采用逆向工程方法实现pDrucker屈服方程和pDrucker断裂准则的精确标定。将标定后的塑性本构模型和损伤断裂准则应用到ABAQUS/Explicit中,预测不同试件的塑性变形和损伤断裂情况。结果 通过有限元模拟与试验结果的对比,发现有限元仿真准确预测了5182-O在复杂加载状态下的力-位移曲线和损伤断裂情况。结论 有限元模拟与试验结果的对比表明,pDrucker方程可以实现5182-O铝合金在复杂加载状态下塑性成形性能的精确表征。标定的pDrucker方程可应用于5182-O冲压成形过程的有限元分析、模具设计和工艺优化中。     

直升机轮毂材料用喷射成形7055铝合金性能

目的 研究一种新型直升机轮毂用材料。方法 采用喷射成形工艺制备了7055铝合金轮毂,与传统2A14铝合金材料对比分析,分析了其组织结构（晶向结构、致密度等）、宏观性能（抗拉强度、屈服强度等）、静压试验以及L-T方向断裂韧性等。结果 喷射成形7055铝合金组织为细小的等轴晶组织,合金相均匀弥散分布,无宏观偏析、疏松、孔洞等铸造缺陷,其抗拉强度比传统2A14铝合金高出33.3%,承载能力高出39.4%。结论 喷射成形7055铝合金,可有效替代2A14等传统直升机轮毂材料,改善轮毂的稳定性和安全性,推进轮毂材料的国际化水平。     

7055铝合金T型型材的应力腐蚀行为研究

通过拉伸性能测试、C环应力腐蚀试验、金相分析、扫描电镜和透射电镜观察等研究了7055铝合金T型型材的应力腐蚀开裂(SCC)行为.结果表明:7055铝合金T型型材纵向试样的抗拉强度、屈服强度、伸长率及断面收缩率均大于横向试样的;在间浸腐蚀和恒温恒湿环境下,纵向C环试样的开裂时间均长于横向试样的.型材纵向截面晶粒变形特征明...