基于Arrhenius模型和修正Johnson-Cook模型的TC21钛合金流动应力预测

使用Gleeble-3500热模拟试验机对TC21钛合金在温度为890～990℃、应变速率为0.01～10 s^-1下进行了热模拟压缩实验，研究了该合金的高温流变行为。在变形条件下，该合金的流变应力随应变的增大逐渐增加，在达到峰值后又逐渐减小。基于实验数据，分别采用Arrhenius模型和修正Johnson-Cook模型构建了TC21钛合金本构模型，并对这两个模型的预测精度进行了分析对比。结果表明，修正Johnson-Cook本构模型预测值的平均绝对相对误差e_AARE为7.2078%,相关系数r为0.96866;Arrhenius本构模型预测值的e_AARE为12.6699%,r为0.95794,修正Johnson-Cook本构模型的精度高于Arrhenius本构模型，且在整个参数范围内具有一定的精度，可以较好地描述TC21钛合金的高温流变行为。     

基于小样本机器学习构建镍基高温合金应力应变本构模型

在镍基高温合金力学本构模型构建的过程中，使用小样本机器学习方法，结合数据增强、网络结构优化、迁移学习等方法，构建了小样本神经网络模型，降低了对实验数据量的依赖性，经过测试，模型精度高于一般BP神经网络和唯象型本构模型。     

基于AJSA-BP修正神经网络的TC4钛合金本构关系构建

研究高性能材料的热塑性变形行为及影响机理对于优化成型工艺、提升产品质量具有重要意义。基于Gleeble-3800热力模拟实验机对TC4钛合金开展高温压缩实验，在变形温度800～950℃双相区，应变速率0.001～10 s^-1条件下，该合金高温流变应力随变形温度的升高以及应变速率的降低显著降低，且具备典型动态再结晶的特征。同时，为了进一步提高材料本构模型的计算精度，本文提出一种基于AJSA-BP修正的本构关系，旨在辅助搜索优化BP神经网络训练过程中的权值和阈值，并与基于应变补偿的Arrhenius新型本构模型进行对比分析。结果表明，基于AJSA-BP算法计算的应力预测值偏差率不大于15%的占比为95.65%,平均相对误差为3.83%,具有更为显著的计算精度优势，可用于指导金属高温流变应力的精确预测。     

轻轨用55Q钢的高温流变应力本构模型

通过Gleeble-3800热模拟实验机,在应变速率为0.1～20 s^-1、变形温度为900～1200℃的条件下对轻轨用55Q钢进行轴向单道次压缩实验,得到55Q钢的真应力-真应变曲线,并分析研究了不同热加工条件对55Q钢高温流变应力的影响。实验结果表明：在相同变形温度下,低应变速率时的流变应力较低,在相同应变速率下,高温时的流变应力较低,说明低应变速率和高温有利于动态软化。对流变应力、应变速率和变形温度之间的关系进行线性拟合,建立了55Q钢的修正Johnson-Cook本构模型和基于应变补偿的Arrhenius本构模型,对比两种模型发现,基于应变补偿的Arrhenius本构模型的预测精度更高,能够较好地揭示55Q钢的热变形特性。     

GH3128合金热变形行为与唯象本构模型

利用室温与高温拉伸实验,探究了GH3128合金在不同温度下的变形行为与微观组织演变规律,发现在温度为1050℃、应变速率为1 s^-1的条件下材料仍具有较好的硬化能力,且变形均匀。构建了GH3128合金室温和高温两套唯象本构模型：室温模型包括Ludwik模型、Ludwik简单修正模型和Ramberg-Osgood模型,高温模型包括Fields-Backofen（FB）模型和Johnson-Cook（JC）模型,利用构建的模型预测了不同温度与应变速率下GH3128合金的流变行为。结果表明：室温模型方面,Ludwik简单修正模型的预测精度最高,平均误差绝对值AARE为3.64%;高温模型方面,FB模型和JC模型由于唯象本构模型无法描述GH3128合金复杂的微观组织演变,预测精度有限。GH3128合金的热变形行为与唯象本构模型的研究为后续热成形工艺参数选择与有限元仿真提供了有效的指导。     

考虑应变因素的2099合金高温流变行为模型（英文）

采用等温热压缩试验研究2099合金在变形温度300~500°C、应变速率0.001~10 s-1条件下的热变形行为。为了准确地表征流变行为,采用摩擦与温度修正后的实验数据构建本构模型。结果表明,温度和应变速率对合金热变形行为的影响可用包含Arrhenius关系的Z参数来表征。此外,通过计算不同应变量下的材料常数(α、n、Q和A)考虑了应变对本构模型的影响。利用统计分析对比了由本构模型获得的预测曲线与试验修正曲线,二者显示了很好的吻合,这表明所构建的本构模型能够很好地预测2099合金的热变形流变行为。     

考虑应变因素的2099合金高温流变行为模型

采用等温热压缩试验研究2099合金在变形温度300～500℃、应变速率0．001～10s-1条件下的热变形行为。为了准确地表征流变行为,采用摩擦与温度修正后的实验数据构建本构模型。结果表明,温度和应变速率对合金热变形行为的影响可用包含Arrhenius关系的z参数来表征。此外,通过计算不同应变量下的材料常数（a、n、Q和A）考虑了应变对本构模型的影响。利用统计分析对比了由本构模型获得的预测曲线与试验修正曲线,二者显示了很好的吻合,这表明所构建的本构模型能够很好地预测2099合金的热变形流变行为。     

Al-Mg-Si合金热变形行为与本构关系

采用热模拟压缩实验法研究了Al-0.62Mg-0.73Si合金的热变形行为,分析了热变形过程中温度、应变速率对其流变应力影响规律,并通过构建包含应变的Arrhenius本构关系模型系统地描述了热变形参量对流变应力的影响规律。实验结果表明,在所研究的热变形参数条件下,流变应力曲线均呈现出明显的动态再结晶软化特征。数据分析结果显示应变补偿的Arrhenius本构关系模型可以较为准确地预测Al-0.62Mg-0.73Si合金的热变形流变应力。本研究结果可用于优化Al-0.62Mg-0.73Si合金热变形工艺参数,并为更为全面地研究铝合金热变形行为提供了理论参考。     

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。     

Al-6.2Zn-0.70Mg-0.30Mn-0.17Zr合金基于Arrhenius模型与ANN模型的热压缩流变行为（英文）

在Gleeble-3500热模拟仪上进行热压缩实验,研究在变形温度为623~773 K、应变速率为0.01~20 s~(-1)时均匀化状态下Al-6.2Zn-0.70Mg-0.30Mn-0.17Zr合金的热变形行为。实验结果表明:变形过程中流变应力值随应变速率的减小或变形温度的升高而减小。为研究热压缩过程合金的流变行为,同时建立了应变补偿本构模型与人工神经网络模型。计算结果表明:热压缩过程中各个材料常数与应变之间的关系可分别用6次多项式描述;隐含层含有16个神经元的神经网络模型具有好的预测效果。采用应变补偿本构模型和神经网络模型对流变应力进行预测,预测值平均绝对误差分别为3.49%和1.03%,神经网络模型预测精度与效率均高于应变补偿本构模型。     

基于GA-Arrhenius本构模型的EA4T钢高温变形行为北大核心CSCD

通过Gleeble-3800热模拟实验机,对EA4T车轴钢分别在变形温度为970、1070和1170℃及应变速率为0.01、0.1和1.0 s的条件下进行热压缩实验,压缩至最大真应变为0.8。以得到的真应力-真应变实验数据为基础,分别建立了考虑应变补偿的Arrhenius本构模型和经过遗传算法优化后的Arrhenius本构模型(GA-Arrhenius),用于预测真应力与真应变的关系。为了验证GA-Arrhenius本构模型在真应力预测中的优越性,使用相关系数R、平均绝对误差AARE和均方根误差RMSE来说明其预测精度。实验结果表明:采用Arrhenius本构模型时,R=0.9970、AARE=3.4232%、RMSE=2.8773 MPa;采用GA-Arrhenius本构模型时,R=0.9982、AARE=2.6577%、RMSE=2.2110 MPa。说明相较Arrhenius本构模型,GA-Arrhenius本构模型能够更好地预测EA4T钢热成形过程中的真应力与真应变的关系,可以实现更高精度的有限元数值模拟。     

基于人工神经网络的高精度Ti6242s合金热变形本构模型

使用Gleeble-3800对锻态Ti6242s钛合金在温度950～1010℃、应变速率0.01～10 s-1的条件下进行了75%变形量的热压缩模拟试验。基于实验取得的真应力-真应变曲线,分别使用人工神经网络(ANN)和Arrhenius方程建立Ti6242s合金本构模型,研究其热变形行为。结果表明:流变应力在变形开始后迅速上升至峰值应力,随后硬化与软化达到动态平衡,在真应变达到0.6后加工硬化逐渐占据主导,硬化幅度随应变速率的增大而提高;人工神经网络本构模型预测值的平均相对误差(AARE)为2.25%,决定系数(R2)为0.999 06;Arrhenius方程本构模型预测值的AARE为14.40%,R~2为0.954 68,精度在参数范围内波动较大;ANN本构模型精度远高于Arrhenius本构模型,且在整个参数范围内具有一致的精度;ANN本构模型具有良好的泛化能力,在实验参数范围外预测流变应力仍具有较高的精度。     

基于应变补偿及修正的Q460NH高强耐候钢本构方程北大核心CSCD

为分析Q460NH钢的高温变形行为,利用Gleeble-3800热模拟实验机进行变形温度为600~900℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)、变形量为60%的热压缩实验。将Zener-Hollomon参数与材料参数函数导入Arrhenius方程,建立了Q、A、n、α与真应变的本构关系的Arrhenius双曲正弦方程。考虑真应变对流动应力及700~800℃下实验误差的影响,对本构方程进行修正,用八阶多项式建立表示真应变和材料参数关系的数学模型,进一步建立了包含变形温度、应变速率及应变相关的Q460NH钢的高温变形本构方程。为了检验该本构方程计算所得理论值的有效性,对计算所得理论值和实验数据进行了对比及平均误差分析,相关系数r值为0.956、平均相对误差AARE值仅为7.23%。结果表明:修正后的本构方程计算得到的应力理论值和实验数据吻合较好,具有较高的准确性。     

基于多晶体塑性与唯象学本构模型的纯铝与单晶铝的有限变形分析与对比

多晶体塑性模型能够反映材料的微观结构和各种力学响应,但是模型复杂,本构积分计算量大,而唯象学弹塑性本构模型相对简单,但是基于变形率张量弹塑性加法分解的唯象学弹塑性本构模型又不能反映材料的微结构发展演化,在大变形时会产生差别。分别采用以上2种本构模型对纯铝和单晶铝的有限变形单向拉伸过程进行了计算分析,比较了2种模型在不同变形量下计算结果的差别。结果表明,纯铝唯象学弹塑性本构模型在真应变超过25.5%时,应力应变曲线开始出现差别,且随应变的增加而增大。多晶体塑性模型能够从变形、织构和残余应力等方面反映纯铝和单晶铝大变形产生的各向异性。     

Al-3Cu-0.5Sc合金高温变形的本构关系(英文)

采用Gleeble-1500热/力模拟试验机研究Al-3Cu-0.5Sc合金在温度为350～500℃、应变速率为0.01～10s-1条件下的高温压缩变形行为。利用经摩擦修正和温度补偿修正后的流变应力曲线建立合金的本构方程,温度和应变速率对变形行为的影响可使用包含Zener-Holloman参数的指数方程来描述。通过考虑应变对材料常数的影响,建立包含真应变的本构方程;其真应变对本构方程的影响规律,可通过材料常数的四次多项式拟合来实现。     

高强韧Ti6246合金热变形行为及应变补偿型本构模型

在温度为1123~1423 K,应变速率为0.01~10 s-1条件下,对Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo(Ti6246)合金进行高温热压缩试验。研究温度、应变速率和应变对Ti6246合金高温流变应力的影响规律,建立了该合金考虑应变补偿的Arrhenius本构模型,同时获得了热激活能Q和本构模型中材料参数对应变的响应规律。将模型计算结果与热压缩试验值进行对比发现,预测结果较为准确,其相关系数(R)及平均相对误差(AARE)分别为0.9984和1.71%,表明该合金热变形过程中的流变应力可用构建的应变补偿Arrhenius本构模型来描述。     

HC1150/1400MS马氏体钢的高温本构模型

利用Gleeble1500热模拟试验机在温度范围600~900℃、应变速率范围10-2~10 s-1等对HC1150/1400MS马氏体钢试件进行等温拉伸试验,进而构建了马氏体钢热加工过程的数值模拟需要的高温本构模型,用以根据应变、应变速率及变形温度预测流动应力。试验得到该材料奥氏体组织在不同温度及应变速率下的真应力、真应变曲线,显示材料的流动应力随变形温度的降低和应变速率的提高而增大,随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。选用修正的Arrhenius双曲正弦模型对其高温力学行为进行描述,采用四次多项式拟合获得Arrhenius本构方程中参数α,β,n1,n,ln A,Q与应变的对应关系,最终确定包含变形温度及应变速率的流变应力计算方程。采用拟合度表示计算应力与实测应力的相关性,拟合度结果表明该本构模型对HC1150/1400MS马氏体钢高温流动应力的预测较准确。     

铸态TC17钛合金流动应力预测（英文）

通过热模拟压缩试验对铸态TC17钛合金的高温变形行为进行了研究。温度范围1073～1373 K,应变速率范围0.01～20 s~(-1)。建立了4种本构模型,分别是应变补偿双曲正弦模型、修正Arrhenius模型、Johnson Cook模型和修正Johnson Cook模型,用来表征铸态TC17钛合金的高温流动应力。采用相关系数、平均相对误差和相对误差统计分析了4种模型的准确性。结果表明:JohnsonCook模型不能用来描述铸态TC17钛合金高温流动应力;在α+β两相区,应变补偿双曲正弦模型精度最高,而在β单相区修正Johnson Cook模型更为准确;在整个变形温度范围内,应变补偿双曲正弦模型比其他几种模型的准确性更高。     

超超临界转子用X12钢高温变形行为及基于应变补偿的本构模型

采用Gleeble-1500D试验机对X12钢进行热压缩试验,应变速率范围为0.05~5 s-1,变形温度范围为950~1200℃,研究其高温成形工艺,分析变形温度、应变速率等对流变应力的影响,在考虑应变对材料常数影响的基础上,建立了X12材料基于应变补偿的Arrhenius本构模型,并对所建立的本构模型进行验证。结果表明:随着变形温度的升高或应变速率的降低,真应力和峰值应力逐渐减小;修正后的Arrhenius本构模型能够很好的预测X12钢的流动应力,该模型具有良好的准确性和可靠性。     

Ti40合金的高温本构模型研究

采用电子万能试验机对Ti40合金进行应变率为10~(-2)、10~(-3)、10~(-4 )s~(-1),温度为25、300、600、800℃的等温热压缩实验,得到该合金的真应力-真应变曲线。以Arrhenius模型为基础,结合合金的真应力-真应变曲线,提出了新的本构模型来表征Ti40合金在较大温度范围的力学性能。并采用指数函数拟合模型中的参数,通过分解-综合的方法,求解出本构模型中的各项参数,确立了Ti40合金的高温本构模型,并对所建立的模型进行定性的误差分析和定量的精度检验。结果表明:随着应变量的增加,应力计算值与实验曲线发展趋势吻合良好,且计算值与实验值的相对误差平均绝对值为AARE=3.8592%,证明本文提出的本构模型具有良好的精度,从而为Ti40合金的热加工模拟奠定了基础。