高强度钢分段线性硬化平面应变UMAT开发及应用

基于分段线性硬化假设和J2流动法则,建立了某高强度钢的弹塑性本构模型。采用隐式向后Euler径向返回算法进行应力更新,推导了材料平面应变Jacobian矩阵,编写了相应的适合冲压成形的分段线性硬化高强度钢平面应变用户材料子程序UMAT_PL。分别使用ABAQUS自带的各向同性硬化本构模型、利用最小二乘法拟合的线性硬化模型用户材料子程序UMAT_L以及分段线性硬化平面应变用户材料子程序UMAT_PL,对某高强度钢槽形件进行了冲压成形分析。结果表明,利用该分段线性硬化UMAT_PL获得的应力计算结果,和ABAQUS自带的各向同性硬化本构模型得到的应力计算结果是一致的。与线性硬化模型相比,分段线性硬化模型能获得更加满意的应力计算精度。     

小弯曲半径高强不锈钢管数控绕弯过程应力应变分析

为了揭示小弯曲半径高强不锈钢管数控绕弯成形机理，实现精确成形和有效控制的目的，基于ABAQUS有限元平台建立了小弯曲半径21-6-9高强不锈钢管数控绕弯成形全过程三维弹塑性有限元模型；研究了网格尺寸和质量放大因子对有限元模型计算精度和效率的影响，并从理论和实验方面验证了模型的稳定性和可靠性；分析了小弯曲半径高强不锈钢管数控绕弯全过程应力和应变以及对称平面和典型截面上的应力和应变分布的历史演变规律。获取了合理的网格尺寸和质量放大因子分别为0.6×0.6 mm和3000,以及全过程、对称平面和典型截面上的应力和应变分布规律。     

板金弯曲成形回弹问题的理论研究

分析了板金弯曲成形过程的回弹过程 ,利用成形过程中弯曲区域的平面应变和恒定厚度假设 ,根据VonMises屈服准则 ,建立了弹塑性材料线性硬化条件下板金弯曲成形的回弹计算模型 ,导出了纯弯曲条件下板金件的最小弯曲半径计算公式 ,并讨论了弯曲成形一般不等角平面弯曲问题的数值解法     

板料弹塑性弯曲应力应变中性层位置关系探讨

通过对板料弹塑性弯曲应力应变分析 ,利用材料力学中的平面曲杆理论 ,提出了板料大曲率弹塑性弯曲塑性应力应变中性层和弹性应力应变中性层均向内移动并重合的观点     

钛合金TC4切削过程流动应力模型研究

运用有限元技术对切削过程进行仿真可以预测切削力、切削温度、应力分布,优化刀具参数和切削条件。建立适合于切削条件中大应变、高应变率条件下材料的流动应力模型,是切削过程有限元仿真的关键技术。文章通过正交切削实验和有限元迭代的方法,修正了难加工材料TC4在大应变、高应变率条件下的J-C流动应力模型,使修正模型能够适应切削仿真中的大应变、高应变率要求。计算结果表明,采用新的J-C流动应力模型进行计算,所得主切削力值与实验测量值的平均误差从36.28%降为12.06%,进给力的平均误差由原来的61.03%降为现在的25.57%。该修正的流动应力模型比用霍普金森实验所得到的流动应力模型更适合于切削过程的有限元仿真,可以提高切削仿真的计算精度。     

轴对称拉深成形法兰变形区临界压边力(英文)

提出一种预测临界压边力的数值计算方法。对轴对称拉深成形,使用能量法分别在平面应变条件和等效应变与位置成反比关系条件下,给出法兰变形区的周向应力和等效应变与径向坐标的关系。结果表明,对于定尺寸的板坯和模具,两种假设条件下的周向应力和等效应变的最大相对误差分别为22.3%和35.9%。此外,在皱纹形状以指数函数表示的条件下,得到了压边力与皱纹数量的关系。在平面应变假设条件下,对指数分别小于1、等于1和大于1的不同皱纹形状计算了临界压边力。结果表明,皱纹的假设形状对临界压边力的计算值有较大影响。     

低周疲劳的结构应变法在铁路货车上的工程应用

为了开展铁路货车车体焊接结构的低周疲劳寿命预测,详细推导了理想弹塑性结构应变计算理论,基于计算理论进行了程序设计,并通过焊接接头试验进行了验证.进一步开展了平面应变焊接接头模型的仿真计算结果和结构应变法计算结果的对比,探讨结构应变法的使用条件.最后,将虚拟台架与结构应力变结合开展了快捷货车的低周疲劳寿命分析的工程应用.结果表明：提出的低周疲劳的结构应变方法及其计算程序,当结构应力与屈服强度的差值在150 MPa以内时,理想弹塑性结构应变计算结果与实际结果一致,能够解决铁路货车低周疲劳寿命预测问题;当结构应力与屈服强度差值超过150 MPa后,随着结构应力的增加,误差也增加.该文的研究为低周疲劳的结构应变法工程推广应用提供了良好的技术支撑.     

钛合金大厚板窄间隙焊接接头三维应力数值模拟计算

基于热-力耦合的焊接热弹塑性有限元法,建立运动电弧作用下的二维体热源模型.采用"生死单元"技术实现焊缝的顺序生长来完成温度场的计算;选择平面应变模型,计算大厚度多道焊接的残余应力,最终得到钛合金厚板焊接过程温度场和应力场分布以及厚板焊接接头的三维应力的分布规律,并与钛合金厚板应力测试结果进行对比验证,两者很接近.该研究结果为钛合金厚板焊接接头残余应力的研究提供了参考.     

汽车仪表盘PP材本构关系计算

利用PP材料拉伸试验的位移载荷曲线,结合弹塑性力学中的相关假设,分阶段计算该材料的真应力-真应变曲线,并利用LS-DYNA显示分析算法,输入该真应力-真应变曲线,模拟计算该材料的单轴拉伸试验,通过模拟结果与试验结果的比较,验证了真应力-真应变曲线的有效性。同时提出了一种塑性材料颈缩阶段的本构简化模型。     

球墨铸铁高温弹塑性力学性能的实验研究

给出了球墨铸铁（ＱＴ５００－７）加载抽载－二次加载特性曲线,结果表明,加载－卸载－二次加载过程的应力应变关系基本满足Ｐｒａｎｔｌｅ假设。测定了１８℃～１０００℃应力－应变关系和各温度下的抗拉强度、屈服强度、弹性模量、剪切模量、泊松比、应变强化率以及它们随温度的变化关系,为进行该种材料的弹塑性应力计算机数值模拟提供了必须的基础数据 实验结果表明,弹塑性力学的理论和假设基本适用于铁素体－球光体基体的球     

薄壁冲压件初始应力对焊接热裂纹敏感性影响

采用试验的方法对不锈钢冲压件储气罐残余应力进行测量,依据测量值假定了焊接接头区域初始应力,然后采用热弹塑性有限元法,在通用有限元软件MSC Marc下,结合程序的二次开发,对不锈钢储气罐的焊接过程进行有限元模拟,分析搭接接头的焊接应变.结果表明,初始轴向应力对熔合区上的应变及热影响区上径向与周向的应变值影响较小,对热影响区轴向总应变和塑性应变的增大作用明显,有应变情况下的总应变的最大值为无初始应力情况下的两倍以上,因此判断轴向初始应力是导致接头应变水平提高的主要原因,从而产生热裂纹倾向.     

交变载荷作用下平面应力状态焊接接头焊趾处应力应变理论解的推导

基于弹塑性力学理论计算对接接头交变载荷作用下焊趾处应力和应变,以准确预测交变载荷作用下平面应力状态对接接头焊趾处的应力和应变值为目标,考察了不同加载情况下平面应力状态对接接头焊趾处应力和应变的理论计算方法,并给出了交变载荷作用下平面应力状态对接接头焊趾处应力和应变的理论解.结果表明,在材料参数、载荷大小以及焊趾应力集中系数已知的前提下,根据提出的理论解的计算式可获得相应载荷时接头焊趾处的应力应变,为焊接接头在交变载荷下的疲劳失效预测提供理论指导.     

宽板V型自由弯曲智能化控制过程的解析定量描述

板料在弯曲卸载过程中,由于弹性变形回复,从而产生回弹。回弹的结果使弯曲件的精度降低。影响回弹的因素很多,也很复杂。根据弹塑性弯曲理论,在平面变形假设的前提下,考虑了材料的硬化、各向异性及弹性变形,对宽板V型自由弯曲应力应变进行了分析,得到了弹塑性交界处曲率半径,推导出了弯曲力及目标弯曲角随弯曲行程变化的关系式。理论计算与实验及数值模拟结果进行了比较,为宽板V型自由弯曲智能化控制中参数识别及预测模型输入层和输出层变量的确定提供了理论依据。     

筒形件强力旋压的有限元模拟

现代旋压技术是广泛应用于航空、航天、军工等金属精密加工技术领域的一种先进塑性成形工艺。强力旋压是旋压技术的一个重要组成部分,对强力旋压的受力状态进行深入研究将有助于了解旋压工艺的特点和可能出现的缺陷。本文用弹塑性有限元法对强力旋压过程进行了模拟,获得了强力旋压稳定状态下应力应变的分布规律,解释了强力旋压的变形机理和隆起等缺陷产生的原因。     

平三角孔型轧制小直径钢管的弹塑性三维有限元分析

针对生产小直径管材传统方法的不足,提出用Y型轧机轧制小直径无缝钢管的新工艺;并在有限元变形理论的基础上,采用MSC.Marc有限元软件和接触分析技术对平三角孔型连轧小直径钢管过程进行了三维弹塑性热力耦合模拟仿真,以动态图像形式反映了金属的变形过程,得到应变分布情况。为Y型轧机在小直径钢管生产中的应用提供了理论依据。     

管材拉拔三维弹塑性有限元数值模拟

应用弹塑性有限变形拉格朗日有限单元法,分析了管材拉拔成形工艺;采用有限元模拟软件模拟了圆管拉拔过程,得出了应力场、应变场及速度场分布,解释了管材表面横向缺陷产生的原因,并模拟获得该道次拉拔的最佳模具锥角,对提高钢管质量有指导意义。     

微小型薄壁内沟槽铜管旋压缩径数值模拟

文章以有限元分析软件MSC.Marc为平台,建立了微小型薄壁内沟槽铜管钢球高速旋压缩径成形的三维弹塑性有限元模型,对缩径过程的变形机理、应力应变分布和受载情况进行了分析;同时,进行了成形过程实验研究。模拟与实验结果表明,沟槽底部的等效应力应变远大于齿形和沟槽管外表面,钢球与沟槽管接触区受三向压应力作用;等效应变沿轴向呈分层分布,沿周向呈间隔分布;轴向进给速度过大,沟槽管容易出现扭曲变形,轴向拉拔力和钢球承受载荷也相应增大。模拟结果揭示的规律与实验结果相一致。该研究有助于改进缩径工艺,提高加工效率。     

A Local Damage Approach to Predict Crack Initiation in Type AISI 316L(N) Stainless Steel

A local damage approach based on plastic strain equivalent to uniform strain and grain diameter of the material is proposed for prediction of crack initiation. Plane strain, plane stress, and 3D FEM simulations are carried out for compact tension (CT) geometry with blunt notch of different a/W ratios under mode-I loading. Elastic-plastic fracture parameters have been estimated based on certain assumptions on blunting at notch tip and micromechanisms of events leading to onset of crack. The various crack initiation parameters evaluated based on proposed local damage approach and initial assumptions have been verified by conducting experiments on CT specimens and subsequent scanning electron microscopy study on fracture surface. The laboratory scale experimental results of AISI 316L(N) stainless steel material are in good agreement with FEM-predicted fracture parameters for notch type of stress raisers. The local damage approach and FEM procedure established in the present study would be easily extendable to the analysis of stress raisers in components for the prediction of crack initiation under elastic-plastic condition.     

Three-dimensional cutting process analysis with different cutting velocities

This paper uses the large deformation large strain finite-element theory, the updated Lagrangian formulation and the incremental theory approach to develop a 3D elastic-plastic analytical model that examines metal cutting on the tool tip and twin nodes on the machined face. The geometric position and the critical value of strain energy density, combined with twin node treatment, are also introduced to serve as the continuous chip separation criterion.

Finally, the 3D low-velocity cutting condition of mild steel was explored to analyze changes in the appearances of the workpiece and the chip, the distribution of stress and strain, and the progress of changes in the cutting force. The impact of different cutting velocities and the initial conditions of the residual stress were studied to understand the impact of various cutting conditions on the machined workpiece. The numerical average cutting forces are compared with the experimental cutting forces with the different low-cutting velocities to verify that the 3D cutting model that has been developed is reasonable.     

Finite element modeling of segmental chip formation in high-speed orthogonal cutting

An explicit, Lagrangian, elastic-plastic, finite element code has been modified to accommodate chip separation, segmentation, and interaction in modeling of continuous and segmented chip formation in highspeed orthogonal metal cutting process. A fracture algorithm has been implemented that simulates the separation of the chip from the workpiece and the simultaneous breakage of the chip into multiple segments. The path of chip separation and breakage is not assigned in advance but rather is controlled by the state of stress and strain induced by tool penetration. A special contact algorithm has been developed that automatically updates newly created surfaces as a result of chip separation and breakage and flags them as contact surfaces. This allows for simulation of contact between tool and newly created surfaces as well as contact between simulated chip segments. The work material is modeled as elastic/perfectly plastic, and the entire cutting process from initial tool workpiece contact to final separation of chip from workpiece is simulated. In this paper, the results of the numerical simulation of continuous and segmented chip formation in orthogonal metal cutting of material are presented in the form of chip geometry, stress, and strain contours in the critical regions.