AZ31镁合金位错密度模型及热压缩的微观组织预测

通过热压缩实验研究AZ31镁合金挤压杆料在变形温度300、400和500℃,应变速率0.1、0.01和0.001 s^?1条件下的流变行为,基于Arrhenius方程建立流变应力的本构模型,其中激活能Q为132.45 kJ/mol,应变硬化系数n为4.67。依据AZ31镁合金高温变形中的动态再结晶(Dynamic recrystallization,DRX)机理和位错密度演化规律,建立宏观变形?微观组织多尺度耦合的位错密度模型,该模型能够反映热加工过程中的加工硬化、动态回复(Dynamic recovery,DRV)、低角晶界(Low angle grain boundaries,LAGB)和高角晶界(High angle grain boundaries,HAGB)等机制的交互作用。利用ABAQUS的VUSDFLD子程序进行热压缩过程的有限元模拟,获得DRX分数、LAGB和HAGB位错密度的数值模拟结果以及压缩载荷。结果表明:实验载荷与模拟结果基本吻合,本文提出的AZ31镁合金位错密度模型是合理的。     

超塑变形中硬化规律在多尺度数值模拟中的应用

为了提高TC4超塑成形多尺度仿真数值模拟的有效性，本文针对高温下材料的硬化规律进行了研究。基于材料流变行为的特点，提出了应变硬化和应变软化的表征模型，并将其应用于超塑成形多尺度数值模拟过程中。研究结果表明，本文所采用的应变补偿模型，可用来描述TC4钛合金在超塑变形中的流变行为。此外，对比晶粒尺度、空洞体积分数等微观尺度变量与多尺度物理本构模型的结果可知，所提出的方案对热变形中微观组织演变的数值模拟是有效的。     

挤压态7075铝合金高温流变行为及神经网络本构模型

采用Gleeble1500D热模拟实验机研究挤压态7075铝合金在变形温度为250～450℃、应变速率为0.01～10s-1下单道次压缩过程的高温流变行为。结果表明:材料在350℃及以下变形时,流变应力曲线呈动态回复型;在温度为350℃以上、应变速率为0.1s-1时,流变曲线局部陡降明显;当应变速率为10s-1时,流变曲线发生波动,呈动态再结晶型;挤压态7075铝合金的流变应力曲线峰值应力及稳态应力均高于铸态合金的,且在变形温度较高时,挤压态材料更易于发生动态软化。基于BP神经网络建立挤压态7075铝合金的本构关系模型,预测值与实验值对比表明:所建立的本构模型整体误差在5.35%以内,拟合度为2.48%,该模型可以用于描述7075铝合金的高温变形流变行为,为该合金热变形过程分析和有限元模拟提供基础。     

7075铝合金的热激活变形行为与唯象本构关系

利用热物理模拟机Gleeble1500进行多组圆柱试样的热物理模拟压缩试验,试验温度为250～450℃,应变速率为0.01～10 s-1.结果表明,7075铝合金热压缩温度在300、350、400和450℃时流变行为呈近稳态,而在250℃时呈非稳态.应用多元线性同归方法分析计算了7075合金唯象本构模型所需的一组系数及热变形的激活能.获得了能够较精确表示7075合金材料的流动应力与温度、应变速率和应变之间关系的唯象本构模型,为塑性成形模拟提供了所需的基本模型.     

7075铝合金活塞等温挤压工艺模拟

针对7075铝合金活塞结构的特点．通过理论计算与有限元模拟相结合的方法确定挤压方案与工艺参数．分析成形过程中等效应力应变场、成形载荷的变化;并将7075铝合金热变形动态再结晶演化模型导入有限元中．对其组织晶粒度进行预报。     

7B04铝合金时效成形本构模型研究与有限元应用

通过ABAQUS软件的二次开发,将蠕变-时效本构模型应用于铝合金时效成形的有限元分析,得出铝合金等厚板在时效成形过程中的等效蠕变应变、屈服强度,以及析出相尺寸和分布的变化规律,并通过铝合金等厚板弯曲-时效成形的实验,验证了模型的准确性。     

H156热作模具钢动态再结晶的实验与数值模拟研究

通过Gleeb-1500D热模拟机，对H156热作模具钢进行单道次热压缩实验。实验中，变形温度控制在850～1220℃,应变速率控制在0.001～1 s^-1,真应变为0.7。通过采集数据获得真应力-真应变曲线，得出流变应力与热变形参数之间的数学关系，建立了动态再结晶模型，并借助光学显微镜对不同热变形参数下实验样品的微观组织进行观察分析，建立了晶粒尺寸模型。通过DEFORM-3D有限元软件对H156热作模具钢的动态再结晶行为进行模拟，探究热变形参数对实验材料动态再结晶(DRX)行为的影响。结果表明：随着变形温度的增加，DRX体积分数增加，DRX晶粒分布越均匀；较大的应变速率会导致变形时间缩短，DRX区域减小，细小晶粒缺少充足的时间发生形核长大。因此，提高变形温度、降低应变速率有助于动态再结晶的完成。数值模拟结果与实验结果较吻合，验证了模型的准确性。     

7050铝合金模锻件组织均匀性的低温小变形调控及模型构建

为解决大型铝合金航空结构件在传统热模锻工艺下出现的表层和心部组织不均匀问题,采用低温小变形工艺对锻件的组织均匀性进行了调控.利用热/力模拟试验机和电子背散射衍射等实验手段研究了低温小变形工艺和固溶处理对高强铝合金锻件晶粒组织演变的影响规律,并建立了包含位错密度参数的7050铝合金锻件表层静态再结晶模型.利用模型计算所得...     

LY12超塑性成形有限元分析

基于LY12铝合金超塑性材料属性建立了弹-粘塑性本构模型。利用该本构模型并结合最大等效应变速率控制压力变化算法对LY12铝合金板超塑性圆杯成形进行数值模拟，得到圆杯变形过程中的应力应变分布、板料厚度变化及所需成形时间。根据模拟获得的优化压力时间曲线对圆杯进行超塑性气压胀形加载实验，制件厚度分布与模拟结果非常接近。     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头变形行为及等效模型

利用有限元软件ABAQUS对厚度为6 mm的7075铝合金搅拌摩擦焊(FSW)平板对接接头进行拉伸模拟,通过对不同热输入条件下接头中三轴应力度(σm/σe)的计算,研究了热输入对7075铝合金FSW接头变形的影响规律。在此基础上,建立了7075铝合金FSW接头有限元等效模型。研究结果表明,不同热输入条件下的接头中的三轴应力度突变均发生在TMAZ与HAZ交界处和HAZ与BM交界处;随着热输入增大,三向应力度的最大值升高,最小值减小,7075铝合金FSW接头的屈服强度和抗拉强度均先增大后减小。转速为800 r/min,焊速为300 mm/min,即热输入为2.67 r/mm时是厚度为6 mm的7075铝合金FSW平板对接的最佳焊接工艺参数,此时接头的屈服强度和抗拉强度达到最大值;7075铝合金FSW接头等效模型可以代替精细模型用于后续整车有限元模拟。     

挤压态7075铝合金再结晶经验模型及应用

通过等温压缩试验和定量金相分析研究挤压态7075铝合金在变形温度为250~450℃、应变速率0.01~10 s?1下的变形行为和组织演化规律,得到不同变形条件下的真应力—应变曲线、平均晶粒尺寸、再结晶晶粒尺寸及再结晶分数。基于Yada模型通过统计回归建立挤压态7075铝合金动态再结晶经验模型并进行验证。结果表明:所建立的Yada再结晶模型误差平均值达到5%;通过二次开发实现了再结晶模型与Deform-3D软件的结合,并进行单向墩粗模拟验证,结果表明该模型预报精度较好。采用所建立的Yada再结晶模型研究7075铝合金三通件多向加载成形过程组织演化,获得加载路径对工件晶粒尺寸特征的影响规律。     

铝合金喷丸工艺参数-表面特征值的函数关系与应用

目的 探究喷丸强化工艺后铝合金材料表面性能的变化规律,得到材料表层应力和变形与喷丸工艺参数间的对应关系。方法 采用Box-Benhnken实验设计法（BBD）,以喷丸压力、丸粒大小、喷射距离三因素为自变量,以表面残余应力与弹坑变形量为响应,设计了3因素3水平喷丸实验方案,并运用有限元仿真软件ANSYS/LS-DYNA建立多弹丸撞击铝合金靶材的有限元模型,依据实验方案获得表面应力值与弹坑处变形量。然后,使用Design-Expert软件对数值进行拟合,得到多元回归二次方程,运用响应面分析法（RSM）进行分析,讨论各因素之间的交互作用,同时,根据回归方程的方差分析结果,确定模型的拟合程度。最后,以7075-T651铝合金为靶材,进行喷丸验证实验,结合XRD应力测试与弹坑剖面光学显微观察,得到应力值和变形量,以检验模型的准确性。结果 应力函数模型和变形函数模型的校正决定系数Adjusted R2分别为90.13%、91.68%,应力计算值和实验值结果偏差小于5.5%;剖面晶粒变形显示靶材变形层与计算值吻合较好,表明函数模型具有较高的准确性。结论 该函数模型能够快速准确地由材料表面应力或变形推导出喷丸工艺参数配置,这为喷丸表面应力和硬度强化提供多样性参考。     

基于元胞自动机AZ31镁合金微观组织模型

以AZ31镁合金在热压缩过程中微观组织演变为基础,结合元胞自动机模型(CA),建立了镁合金变形过程中再结晶晶粒尺寸模型和动态再结晶百分数模型。通过对铸态AZ31镁合金在不同变形条件下的热压缩实验,推导出镁合金的位错密度模型、临界位错密度模型、形核率模型和晶粒长大模型。结合元胞自动机具体演变规则,建立元胞自动机模型,并利用应力应变曲线及晶粒大小验证元胞自动机的模拟结果,验证该模型的准确性,结合实验数据和JMAK理论,推导出再结晶晶粒尺寸模型和动态再结晶百分数模型。借助DEFORM-3D分析软件得到镁合金在变形过程中,晶粒尺寸分布的变化情况以及动态再结晶百分数分布的变化情况。     

ECAP中摩擦因数对7075铝合金变形及组织的影响

采用有限元软件DEFORM-3D对7075铝合金等通道角挤压(ECAP)过程进行数值模拟,分析了不同摩擦条件下载荷变化、变形行为以及等效应力应变分布情况,并利用7075铝合金动态再结晶模型对微观组织变化过程进行了预测。结果表明,随着摩擦因数增大,载荷峰值明显增大甚至成倍增长,且载荷值波动加剧,试样"端部效应"减弱,等效应力应变分布不均匀;试样中部稳定变形区晶粒随挤压道次增多而不断细化,试样与通道接触部位形成晶粒细小区,经过4道次挤压后,摩擦因数为0.4时稳定变形区的晶粒比摩擦因数为0.1时的细小。     

7075铝合金电子束焊接温度场数值模拟

针对航空航天业中应用较广的7075铝合金,采用ANSYS有限元软件,按照划分单元、逐次计算并逼近真实值的近似计算方法,对该合金电子束焊接的热过程进行了计算机数值模拟的可行性研究.结果表明,7075铝合金电子束焊接过程中焊接热输入较大,焊缝较窄,熔深大.通过验证,用有限元数值模拟方法得到的焊接及热处理温度场分布规律与实测温度值基本一致.     

钛合金热粘塑性本构关系的子程序开发及有限元验证

目前大型有限元商业软件中包含一些常见的金属热粘塑性本构模型有限元程序,但由于不同的具体工程应用问题,这些软件中的模型通常无法满足对高速冲击或切削等条件下材料性能的描述。针对这一问题,本研究引入一种显式积分算法,并通过ABAQUS用户子程序接口将用户自定义的金属热粘塑性本构模型进行了数值程序实现。对比实验数据可见,VUMAT子程序可较准确地描述TC4钛合金的应变率强化与温度软化效应。此外,通过与ABAQUS软件自带的Johnson-Cook本构模型数值模拟结果对比发现,两者吻合良好,且子程序在计算效率方面明显优于前者,为金属材料在高速冲击或切削加工等条件下的数值模拟提供了技术支撑。     

直齿圆柱齿轮半固态挤压成形的数值模拟研究

采用商业有限元软件DEFORM-3D对7075铝合金直齿圆柱齿轮半固态挤压成形过程进行了数值模拟,得到其变形过程中的流动速度场和压力-行程曲线,分析了金属流动的规律.模拟分析结果表明,可以实现对7075铝合金的半固态挤压充型的模拟,进而获得充型完整、内部组织致密的成彤件.     

高钛6061铝合金轮毂精锻成形的微观组织模拟

为了研究铝合金轮毂在锻造过程中的组织变化,利用Gleeble-3500热模拟试验机对高钛6061铝合金在变形温度350~510℃,应变速率0.001~10 s~(-1)的条件下进行了热压缩模拟实验。通过对实验数据的回归分析,建立了高钛6061铝合金微观组织演变模型,结合热模拟试样金相数据对该模型进行了验证。利用二次开发的DEFORM有限元软件对某型号的锻铝轮毂成形过程的组织演变进行了模拟,并将模拟结果与实验结果进行了对比研究。研究结果表明:利用所建立的高钛6061铝合金微观组织演变模型的模拟结果与实验结果吻合较好,微观组织演变模型正确可靠。锻铝轮毂成形后轮辐侧表面的晶粒尺寸最小,心部次之,上表面晶粒最大,轮毂热锻时适当提高变形温度或降低变形速率都有利于提高轮毂轮辐各部位的再结晶体积百分数,同时,晶粒也能得到不同程度的细化。     

芯模转速对铸态7075铝合金强力热反旋筒形件壁厚分布的影响

针对铸态7075铝合金常温下加工塑性较差、晶粒粗大、变形抗力大的特性,本文建立了其强力热反旋成形的三维热力耦合有限元模型。基于ABAQUS/Explicit平台对其成形过程进行了强力热反旋成形数值模拟,并通过试验验证了模型的可靠性。在此基础上,研究了芯模转速对筒形件壁厚不均匀分布的影响,并揭示了相关作用机理。结果表明,强力热反旋是成形铸态7075铝合金薄壁筒形件行之有效的方法之一,当第1、3道次的芯模转速为2 r/s时,壁厚不均匀度取得最小值;第2、4道次的壁厚不均匀度随芯模转速增大而增大。     

7050铝合金淬火温度场及热应力场的数值模拟

综合考虑了7050铝合金在淬火冷却过程中材料热物性参数和高温力学性能参数的非线性性质,以应力框试件为研究对象,借助非线性有限元软件ABAQUS,对7050铝合金试件淬火冷却过程中的温度场和热应力场进行了数值模拟。结果表明,温度场的数值模拟很好地反映了试件淬火时温度场的分布规律。应力框的变形特征与公认的变形结果相符合。