形变方式对H62黄铜模压形变等效应变分布的影响

采用三维有限元法(FEM)模拟H62黄铜交叉模压形变过程和平行模压形变过程,分析了这两种不同模压形变方式对试样模压形变后等效应变分布的影响,并与试验结果进行了比较。结果表明,随着模压周期的增加,与平行模压形变相比,交叉模压形变方式下试样等效应变累积值会更高,等效应变分布也会更均匀;其模拟结果中等效应变的分布规律与试验材料显微硬度的分布规律相对应。     

低应力三轴度下孔洞行为的有限元研究

基于有限元计算研究了低应力三轴度下,三维孔洞体胞模型的应力应变分布规律和变化趋势,分析了孔洞和基体体积的变化规律,指出用孔洞体积分数表征材料损伤的理论在低应力三轴度下的应用存在局限性。引入断裂应变作为单元失效判据,通过比较单轴拉伸试验和模拟结果,验证了其在材料失效模拟中的可靠性。最后将断裂应变应用到有限元模拟中获得不同应力三轴度下基体失效时的临界等效塑性应变,以临界等效塑性应变为表征参量研究孔洞变形规律和材料的失效行为。     

汽轮机叶片高温变形中数值模拟组织演化规律研究

针对叶片的锻造工艺成型和模具设计缺乏系统的、精确的理论分析手段,而主要依赖操作者的经验和反复试验的工艺现状;对某叶片用材料1Cr12Ni2W1Mo1V合金在高温变形中的组织演化规律进行了研究,计算包含变形温度、应变速率和变形量的函数,揭示了变形温度、等效应变和等效应变速率对晶粒尺寸演化的影响规律。将晶粒尺寸公式嵌入MSC.Marc软件的ugrain子程序来模拟热模拟压缩试验过程;结果表明:随着压头往下运动,晶粒逐步被细化,区域性分布逐步明显;随着应变速率的增大,晶粒尺寸分布越来越不平均,区域性越来越明显;随着温度的升高,晶粒尺寸逐渐增大。晶粒尺寸的随机选取点的预测值与测量值的平均相对误差为9.73%。     

倾斜管件多道次缩径旋压成形的数值模拟及试验

以6061T1(退火态)铝合金为研究对象,以MSC.MARC软件为分析手段,采取有限元法对三维非轴对称倾斜管件多道次缩径旋压过程进行数值模拟,并利用网格圆及显微组织的变化从试验的角度验证模拟所得到的应变分布规律。结果表明,倾斜使得工件的应力应变呈不均匀分布规律;等效应力沿轴向呈分层分布的特点,在口部达到最大值;等效应变沿周向0°～180°域逐渐减小,在0°域存在最大值,180°域存在最小值;沿轴向从起旋处到口部,等效应变在0°域具有逐渐增大和在180°域具有逐渐减小的特征。由于返程旋压的明显增厚效应,多道次旋压时,工件变形中间部位壁厚增加。多道次缩径旋压时工件变形中间部位壁厚变化规律的试验结果与模拟结果的相对误差不大于10%,说明所建立的有限元模型是合理可靠的。在理论分析及试验研究的基础上,成功研制出倾斜类汽车排气歧管样件。     

多晶铜微小试样的ISDG试验

介绍了新近研制的用于测量微电子机械系统(MicroelectronicMechanicalSystem,MEMS)材料机械性能的单轴拉伸试验系统。拉伸试样的厚度只有200μm,试验段宽度为300μm,用有限元法模拟拉伸试验时试样的应力分布,分析试样几何形状参数对应力分布的影响并优化设计了试样,采用激光干涉应变计法测量试样应变,得到多晶铜试样的应力应变曲线。     

连续 ECAP 大应变的数值模拟研究

基于刚塑性有限元理论,采用有限元软件DEFORM-3D对5052铝合金连续ECAP(Equal Channel Angular Pressing)大应变成形过程进行了三维数值模拟研究,研究了工件的变形过程以及应变均匀性,温度的分布规律。模拟结果表明,金属变形剧烈部位主要集中模具的拐角区域,该区域的等效应变呈层状分布,而且变化梯度较大并且温度最高。模拟结果对实际生产具有很好的指导作用。     

NiTiNb记忆合金热力学性能的试验及其唯象本构模型

现有形状记忆合金(Shape memory alloy, SMA)管接头数值分析中没有考虑塑性变形及其影响,基于不可逆热力学框架,考虑塑性变形对逆向马氏体相变的影响,构建相变和塑性耦合的NiTiNb SMA唯象学本构模型,基于有限元软件ABAQUS二次开发功能,编译用户自定义子程序,对SMA热机耦合作用过程进行数值模拟,并与NiTiNb合金低温下的拉伸和约束升温性能试验研究结果对比。结果表明,数值分析结果能够很好地描述试验所得的应力应变曲线和升温过程的应力温度曲线特征,能够描述材料预变形提高逆向马氏体相变温度的规律,得到低温变形及升温恢复过程中材料内部Mises应力、等效相变应变和等效塑性应变的演化规律。结果表明数值仿真与试验取得了较好的一致性,为进一步的SMA管接头装配性能模拟及设计优化奠定基础。     

等通道转角挤压下变形体长度对应力的影响及开裂判据分析

利用有限元软件ANSYS对2024铝合金等通道转角挤压(Equal-channel angular pressing,ECAP)过程进行计算模拟,得到等效正应力(Von Mises应力)、切应力随变形体长度及下行位移的变化,结合ECAP试验,研究ECAP形变开裂的判据.结果表明,无论变形体长度及下行位移如何变化,等效正应力都小于材料的抗拉强度,而切应力则随着变形体长度的降低总体上呈下降趋势,当变形体的长度小于某一临界值时,计算模拟表明最大切应力小于材料的抗剪强度,样品开裂倾向大幅降低,二者相当吻合.研究结果不仅说明"最大切应力不大于材料抗剪强度"可以作为材料ECAP形变过程中不出现开裂现象的判据,而且也为材料的ECAP加工提供理性研究思路,即先实测材料的应力-应变曲线,然后基于上述判据对模具结构、材料预处理工艺及样品尺寸等进行优化设计.     

基于弹塑性解析方程的薄片试样低周疲劳试验方法

针对薄片漏斗试样,基于能量密度等效和量纲分析,提出了移幅-载荷幅关系(Relation between displacement-amplitude and load-amplitude, RDL)半解析方程;能量密度等效代表性体积单元(Representative volume element, RVE)的循环等效应力幅、等效应变幅(Cyclic equivalent stress-amplitude and strain-amplitude, CESS)解析方程;漏斗根部材料RVE单轴应变幅(Uniaxial strain-amplitude of material RVE at funnel root, US-R)半解析方程;材料与几何普适的薄片试样低周疲劳试验新方法。针对5种几何尺寸和13种预设材料组合的18种试样工况进行有限元分析,及对G115和16Mn进行薄片试样低周疲劳试验,结果表明,CESS解析方程预测的薄片漏斗试样等效应力幅-应变幅曲线与有限元预设曲线密切吻合,且新试验方法得到的G115和16Mn循环等效应力幅-应变幅关系和Manson-Coffin律与标准圆棒试样低周疲劳试验结果密切吻合。     

基于过定位原理的砂轮精密成型试验研究

分析了粉体材料模压成型特点,针对模压成型工件厚度精度低的问题,选取压制系统最薄弱环节压板为研究对象,通过模压成型受力分析,依据机械过定位原理,提出了粉体材料精密模压成型新技术。并且通过过定位压制工艺设计、有限元仿真及砂轮压制成型试验,结果表明:传统模压成型压板变形大,且模具直径越小、压板变形越大;利用过定位原理可增加压机上下压板间的约束,改善压机压板的应力分布、减小压板变形,进而可明显提高砂轮模压成型厚度精度。     

压型板打弯工艺参数研究与优化

以550MPa级、厚度为0.3mm高强度超薄板的压型板打弯过程为研究对象,基于ABAQUS有限元软件显式算法,运用正交实验法分析了打弯工艺的主要参数打弯间距l、模具间隙h和冲压速度v对打弯曲率半径及减薄率、应力、等效塑性应变的影响。研究表明,影响打弯曲率半径的工艺参数显著性次序为l>v>h,影响减薄率的工艺参数显著性次序为h>l>v,影响应力的工艺参数显著性次序为l>h>v,影响等效塑性应变的工艺参数显著性次序为l>h>v;冲压间距为25mm、模具间隙为0.42mm、冲压速度为200mm/s为最优水平组合。     

3D finite element analysis and experimental validation of constrained groove pressing–cross route as an SPD process for sheet form metals

A new modification of constrained groove pressing (CGP) process named as constrained groove pressing–cross route (CGP-CR) was suggested for severe plastic deformation (SPD) of sheet form metals with great potential for fabricating high strength nanostructured sheets. This process is based on the conventional CGP process including some modifications. One pass of this process includes eight stages (four corrugation and four flattening) and involves 90° cross-rotation between each two stages. As a result of each CGP-CR pass, a strain magnitude of ～2.32 is imparted to the sample. To simulate the process, finite element modeling (FEM) was carried out using three-dimensional finite element analysis ABAQUS/Explicit simulation. Strain and hardness distribution through the sheet after CGP-CR process at different stages were examined via FEM. Low-carbon steel sheet was utilized as the testing material and CGP-CR process imparted upon it up to two passes. Afterward, equivalent plastic strain was measured ～4.64. Results show that the magnitude and uniformity of strain were different along three main directions of sheets: rolling (RD), transverse (TD), and normal directions (ND), at different stages of process. In addition, the results indicate that, for the CGP-CR’d sheets up to two passes, the magnitude and uniformity of hardness simulated via FEM were consistent with the experimental data.     

薄板台阶断面件FCF加工硬化特性

针对一种薄板台阶断面铝板材零件进行了FCF新工艺试验,采用DEFORM有限元软件对该零件冲压、冷锻组合加工变形过程进行了数值仿真,获得了其等效应力和应变分布,并通过显微硬度(HV)表征了试件表面的实际加工硬度特性。试验研究表明:成形过程中变形区及邻域材料的冷变形硬化效应比单一冲压和冷锻时更为显著,在该工艺中表现为冲裁与挤压、压印的迭加复合;零件下平面较上平面相应处的硬度值要高,差值范围在5%～10%之间;零件上下平面硬化效果从台阶内外缘处径向扩展逐步减弱,径向硬化效应区在0～1.4t(t为料厚)范围内。由此提出了一种新的加工硬化模型。     

Thickness and grain size dependence of limit strains in sheet metal stretching

A theoretical analysis is presented of thickness and grain size dependence of the limit strains in isotropic sheet metals under biaxial tension. Sheet surfaces are assumed to consist of asperities which increase proportionally with the equivalent strain and the grain diameter of the material. The limit strains are given as the sum of the strain up to Swift instability modified by taking into consideration the effect of surface asperities and the subsequent strain up to a localized neck which is based on the Marciniak analysis. The thickness ratio of the material in the Marciniak model is determined making use of the magnitude of the surface roughness at the modified Swift instability.Numerical results show that the limit strains decrease in all cases as thickness to grain size ratio decreases. The increase in surface roughness with plastic strain varies from material to material and this is taken into account in predicting limit strains.     

Probabilistic model of limit strains in sheet metal

A mathematical model is presented in which the mean value and standard deviation of limit strains are obtained for forming a sample of sheet metal parts in a repeatable stretch forming process. It is assumed that tearing originates in defects in the material which can be characterized by an equivalent population of voids which have an exponential size distribution. The model predicts that for a given material the mean limit strains in forming many pieces will increase with material thickness, severity of overall strain gradient and with decreasing volume fraction of equivalent voids. Numerical results indicate that the relationship between formability and volume fraction is approximately of an inverse logarithmic nature. The behaviour of the model using arbitrary values of parameters describing the equivalent void population is in good agreement with many phenomena observed in sheet metal forming.     

拉深变形力理论计算模型研究

基于对冲压成形加工中拉深工序变形区材料的应力、应变特点的分析, 针对现有拉深力理论计算公式中忽略了材料厚度变化及加工硬化两个因素的影响的问题, 利用金属塑性成形理论中的主应力法, 考虑这两个影响因素,建立和提出了描述拉深力理论计算的一个新的数学模型, 并用铝板材料的拉深试验进行了验证。
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选区激光熔化Ti-6Al-4V合金在高应变速率下力学性能的有限元模拟

采用选区激光熔化(SLM)技术制备Ti-6Al-4V合金,经真空退火热处理和热等静压处理后,研究了合金准静态和高应变速率(500~3000s^-1)下的力学性能;对双线性材料模型进行标定,将所得到的材料参数应用于霍普金森压缩试验的有限元模拟中,并将模拟结果与试验结果进行对比。结果表明:经真空退火和热等静压处理后,SLM成形合金的组织为α相和β相,呈网篮组织形貌;与准静态条件下的相比,在高应变速率下SLM成形合金的断后伸长率得到明显提高;模拟得到的归一化真应力-真应变曲线与试验得到的相吻合,平均相对误差为2.5%,其材料参数可用于后续的瞬态冲击仿真分析中。     

压坯高径比对粉末冶金制品性能影响的有限元模拟

利用MSC/MARC有限元分析软件对金属粉末温压过程进行了模拟分析。采用基于更新拉格朗日方法的热—机耦合分析方法分析了不同压坯高径比对压坯性能(相对密度、等效应力)的影响规律。结果显示:在相同的侧压系数下,不同的初始松装高度与压坯直径对压坯相对密度分布影响不大,其分布规律基本一致;随着侧压系数的增大,压坯相对密度分布愈加不均匀,差值越来越大,低密度区域逐渐扩大。对压坯等效应力分布状况进行了研究,结果表明:侧压系数的分布呈X形,与镦粗变形相似,在X形的空心区域等效应力较低,是"摩擦死区",在X形的线区域等效应力较大,是"易变形区";随着侧压系数的增大,摩擦死区逐渐增大,同时随着初始松装高度的增大,压坯等效应力增大。     

密封套强力旋压成型工艺仿真过程研究

采用 simufact有限元软件进行数值计算,研究了某密封套的旋压成型工艺过程,得到了旋压过程中等效塑性应变及等效应力分布规律,分析了进给比对筒形件成型精度及旋压力的影响,即密封套旋压成型中间进程的等效塑性应变最大,进给比在一定范围内增大,壁厚偏差变大,成型质量变差。