孪生诱发塑性钢力学性能的研究进展

随着“碳达峰”、“碳中和”的目标提出,汽车、航空、航天、高铁等诸多工业领域对钢铁结构件的安全和可靠性要求越发严苛。因此,钢铁结构材料需要满足高强度、高塑性以及更优异的综合力学性能,例如耐疲劳、耐冲击以及加工硬化能力等方面来进行更深入的研究。进入21世纪,孪生诱发塑性钢,即TWIP钢的研究逐渐展开。该材料具有单相奥氏体结构,其在变形过程中会形成大量的形变孪晶,对晶粒进行分割,表现出动态的Hall-Petch效应,可极大提高金属材料的加工硬化能力,并具有较高的均匀伸长率和抗拉强度,因而具有潜在的工业应用价值。根据TWIP钢的力学性能特点,系统地介绍了TWIP钢的加工硬化率、应变速率敏感性、变形温度敏感性、疲劳裂纹扩展以及抗冲击性能的研究进展,以期为高强钢开发提供新的思路和理论支持。     

含动态再结晶粘塑性模型的参数识别

针对含动态再结晶粘塑性模型中的材料参数应用传统的测试方法很难准确测定的问题,吸收了遗传算法、增广高斯-牛顿算法、Levenberg-Marquardt算法和可变多面体算法的优点,构造了一套混合的全局优化算法.以26Cr2Ni4MoV为例,以镦粗实验提供的实验数据和刚塑性有限元模拟提供的数值解差值的l₂范数的平方作为目标函数,应用构造的算法识别了该模型中的材料参数,计算结果和实验结果符合良好.     

基于晶体塑性学的铁素体不锈钢表面起皱有限元分析

针对成形过程中铁素体不锈钢薄带存在的表面起皱问题,基于晶体塑性学建立了有限元仿真模型并通过一系列实验进行了相关验证分析,模拟计算了不同晶粒大小的铁素体不锈钢薄带在20%延伸率下的起皱高度。经研究发现,铁素体不锈钢表面的起皱现象主要源于晶粒的滚动与滑移变形。在成形过程中,大尺度晶粒所形成的具有特定取向(如{001}<110>)的晶粒簇易于产生较大的塑性变形,与周边晶粒产生的塑性变形形成差异,导致严重的表面起皱现象,结果表明铁素体不锈钢在成形过程中的起皱高度与材料的平均晶粒尺寸基本呈正相关。研究结果可为表面质量良好的铁素体不锈钢薄带轧制工艺制定提供理论参考。     

镁合金变形的晶体塑性有限元分析

晶体塑性理论已被广泛应用于现有的有限元分析中,从微观角度来模拟和预测晶体材料的宏观各向异性力学行为及塑性变形过程中织构的演化与发展。现有的晶体塑性理论框架核心主要基于由滑移引起的塑性变形机制,在预测由滑移和孪晶引起塑性变形的材料力学响应方面还不够完善。本文以具有密排六方(HCP)结构的变形镁合金塑性变形过程为例,综述了以滑移和孪晶为核心的晶体塑性理论的理论研究和应用现状,重点评述了现有孪晶的数值实现方法,并预测了相应理论的发展方向。     

基于Voronoi图的晶体塑性有限元多晶几何建模

通常用规则的六边形或四边形等来表示晶粒,不能够反映出晶界的不规则性,本文使用Voronoi方法在大型有限元软件ABAQUS中建立了多晶材料的几何模型,能够表达出晶粒的几何形状与晶界的不规则性;在此基础上提出了一种控制晶粒大小分布及织构的方法,通过调整参数能够建立具有不同晶粒尺寸分布及织构的模型.     

基于材料微观组织演变的铝合金本构模型研究

文章在Gleeble-1500热模拟实验机上通过轴对称等温压缩实验得到6061铝合金的真实应力-应变曲线,研究了该合金高温变形时的流变力学行为。以位错密度、晶粒尺寸及再结晶分数为内变量构建基于材料微观组织变化的6061铝合金流变应力本构模型,通过参数反求方法求解了高温流变应力本构参数。结果显示该模型能够准确描述6061铝合金在热变形过程中发生的加工硬化及动态回复、动态再结晶现象,能够准确预测材料晶粒尺寸变化以及微观组织的再结晶体积分数。     

应力应变曲线逆分析确定孪生动力学模型

 为确定304不锈钢的孪生动力学模型及孪生对位错密度和变形抗力的影响规律,利用位错理论建立了含材料孪生动力学关系的本构关系模型,实测了材料的应力应变曲线,运用实测结果优化确定了本构关系模型中的待定常数,进而建立了材料的孪生动力学关系模型,本构关系模型还表明,在孪生条件下,材料的位错密度及变形抗力随变形程度增加而快速增大。     

塑料模具钢预硬化工艺参数的研究

研究了淬火温度、回火温度及回火时间对预硬化模具钢的晶粒度、冲击韧性和硬度的影响,试验结果表明塑料模具钢的最佳预硬化热处理工艺参数应为860℃×2h油淬,660℃×(0.5～5)h回火。     

基于数字钢卷的设备功能精度数字孪生模型

介绍了在热轧智慧化集控过程中对数字钢卷中的设备、工艺数据,通过统一的标准化建模方法整合关联,建立了一个基于可视化配置的设备功能精度孪生模型。对设备相关数据进行预处理、多主体数据服务和综合分析,为设备精度和功能的管理提供依据,实现设备管理和生产组织智能化。     

2800四辊轧机主传动系统特性灵敏度分析与动力参数修正

本文将灵敏度分析法引入到国内某厂2800四辊轧机主传动系统的扭振研究中,同时应用试验模态分析的结果修正部分物理参数。有效地进行了结构参数再设计,使频率分布更趋合理。     

压覆资源开采经济参数敏感性分析

针对压覆矿产资源开采工程量大、程序复杂的特点,以财务评价为基本评价方法,建立了以最大收益为目标作为压覆资源开采经济评价的收益模型,并确定了压覆资源价值、开采成本及搬迁成本基本模型中各参数的基准参数值。以收益模型为基础,进行了模型参数变量扰动的敏感性分析,分析得出铝土矿价格是模型中的最重要的敏感因素,并对其他敏感因素进行了敏感性排序,可为工程评价提供一定的指导。     

面心纯铝轧制织构的晶体塑性有限元模拟

基于率相关晶体塑性本构模型,分别将Taylor模型和有限单元模型两种多晶模型嵌入大型有限元程序ABAQUS,实现了晶体塑性学有限元模拟.直接将电子背散射衍射(EBSD)获取的晶粒初始取向输入晶体塑性有限元模型,预测了两种不同应变情况下面心1050纯铝轧制织构的演化.模拟结果与EBSD实验测得的织构演化结果有较好的一致性,随着变形程度的增加,预测织构与实测织构变得更加锋锐.经过比较,Taylor型模型预测出了{4411}〈11118〉的Dillamore取向,而有限单元模型预测出了铜型织构取向,比Taylor模型预测结果更接近实验验证结果.两种模型并不能预测出{011}〈211〉黄铜取向、{123}〈523〉S取向、{011}〈100〉Goss取向及其他理想取向.     

耦合损伤的22MnB5热变形本构模型

利用Gleeble 3500热力模拟试验机对22MnB5板材进行高温拉伸试验,研究了该材料在变形温度为700、800和900℃以及应变速率为0.01、0.1、1和10 s^-1下的高温变形行为.在同一温度下,22MnB5的断裂应变随应变速率增加而呈现增加趋势,温度升高加剧这种趋势.建立了耦合损伤基于位错密度的统一黏塑性本构模型,该模型考虑了高温变形中损伤的演化规律,能够描述了应力-应变曲线后期的陡降段.利用遗传算法确定并优化该本构模型中的材料常数,所得材料常数确定的本构模型能够较好地预测22MnB5高温拉伸变形下的流变应力,并能较好地描述材料损伤演化规律.     

影响烧结硬化合金钢齿轮特性之参数探讨

根据不同的合金钢合金化方式与合金添加种类，规画出四组不同硬化能力之烧结合金钢。将这四种硬化能力不同之烧结合金钢粉末分别压制成密度为6．58g／cm^3的齿轮坯体，在RX型保护气氛下。1120℃烧结30min后，再以2412／min与48℃／min的冷却速率来控制冷却过程中合金钢的相变行为，再将烧结态之合金钢齿轮施以200℃、1～4h之回火处理；最终对合金钢齿轮进行硬度、齿轮精度、齿破裂负载等量测与金相观测。研究结果显示，烧结合金钢的硬化程度随硬化能力的增加或烧结后淬冷速度的加快而提高，而齿轮精度则随其相变为马氏体含量的增加而降低。故在烧结硬化合金钢齿轮的开发制造过程中，烧结后淬冷区的冷却速度须达48℃／min，才能确保齿轮特性之硬度维持在30HRC以上，且硬化能力倍数宜调整在15～25之间，经1h以上的回火，即可获得具经济竞争力，又具优异力学性能与齿轮精度组合的烧结硬化合金钢齿轮。     

基于球化机理的TA15钛合金热变形统一本构模型

应用晶界分离模型解释了片层α相的球化现象,阐述了TA15钛合金转变组织中次生片层α相的球化是其主要的流动软化机制.基于钛合金球化软化机理,建立了TA15钛合金的统一黏塑性本构模型.本构模型综合考虑了次生α相的球化、正则位错密度、等向硬化、塑性成形产生的温升、成形过程中的相变等物理变量.利用遗传算法确定了本构模型中的材料常数.本构模型能够较好地描述TA15钛合金热变形下的流动应力变化.     

Thermal distortion in copper moulds for continuous casting of steel: numerical study on creep and plasticity effect

In this work, the thermal distortion of a copper mould for continuous casting of steel is investigated through numerical models based on the finite element method. Special attention is devoted to the accuracy of the adopted material properties: several elasto-plastic models, with or without creep effects, are considered and compared into the analysis. The early formation of a bulge close to the meniscus is correctly simulated and results are in good agreement with experimental data from the literature.     

耦合位错密度的6111铝合金热变形本构模型

利用Gleeble-1500热模拟试验机对6111铝合金进行高温拉伸试验,研究了其在变形温度为350、450和550℃以及应变速率为0.1、1和10 s^-1时的热变形行为.6111铝合金的流变应力随温度升高而减小,随应变速率增大而增大,其热变形从应变硬化阶段过渡到稳态变形阶段.建立了综合考虑应变、温度和应变速率对流变应力的影响以及耦合位错密度的统一黏塑性本构模型,并通过遗传优化算法求解出本构模型中的材料常数.模型计算得到的真应力-真应变曲线与试验数据吻合较好.     

800MPa级冷轧双相钢的动态变形行为及本构模型

采用Hopkinson拉杆试验系统对800 MPa级冷轧双相钢（DP800）进行动态拉伸试验,动态拉伸选择应变速率为500、1000和2250 s^-1.通过比较试验结果得出：双相钢的塑性延伸强度R_p0.2和抗拉强度R_m与应变速率的关系呈指数形式增加;DP800在高应变速率塑性变形会产生绝热温升效应,计算可得DP800在应变速率为2250 s^-1时拉伸变形产生的绝热温升为89℃.基于J-C（Johnson-Cook）模型和Z-A（Zerilli-Armstrong）模型,对DP800的本构模型进行了研究,并对J-C模型应变速率效应多项式进行二次化修正,修正后的J-C模型相较于J-C模型对DP800在不同应变速率下的平均可决系数从0.9228提高到0.9886.     

基于土层集总参数模型的土-结构动力相互作用分析

在土-结构动力相互作用简化分析中,基于弹性半无限地基的假定,采用双自由度集总参数模型来简化土层,建立了基于土层集总参数模型的土-结构动力相互作用的分析模型,主要研究了不同土层对上部结构地震反应的影响.分析了在中硬、中软两种场地上5层和15层结构的地震反应,并与刚性基础假定下同样结构的地震反应分析比较.结果表明,对比较刚性的结构考虑土-结构相互作用可能存在一定的有利因素;对高层建筑,土-结构相互作用可能导致结构在地震作用下的层间变形较大幅度增加,是不利因素.     

IF钢晶体取向与纳米力学性能的原位分析

为了研究材料微区力学性能与多晶体取向之间的直接定量联系,以IF钢(无间隙原子钢)为例,分析了不同晶体取向与纳米力学性能之间的关系。首先利用高温激光扫描共聚焦显微镜(HLSM)对IF钢样品进行退火处理,以保证原位分析的有效性,然后通过电子背散射衍射(EBSD)对退火前后的标定区域进行晶体取向分析,得出晶体取向的原位变化规律,最后利用纳米压痕仪测试标定区域的微观力学性能。结果表明,不同晶体取向晶粒的杨氏模量不同,在原子间距较小的<111>晶体学方向上,杨氏模量值较高,在原子间距较大的<001>晶体学方向上,杨氏模量值较低,并通过理论计算验证了试验结果。退火后,不同晶体取向的晶粒硬度没有明显的规律性,但晶粒内位错密度显著降低,硬度比冷轧态明显下降,随着退火温度的升高,硬度降低速度变缓。