半固态金属成形的本构关系

将半固态金属成形的本构关系的描述分为低固相率的流变模型和高固相率的应力应变率关系，阐述了其发展过程中具有代表性的材料本构关系，为深入研究半固态金属成形工艺提供了参考。     

复杂应力路径下土的本构模型研究

本文结合粉土着重研究复杂应力路径下，土的应力￣应变￣体变特性。提出考虑土的应变软化、剪胀（剪缩）性和应力路径影响的非线性弹性模型。通过试验成果验证，分析模型的适用性。     

10CrNi8MoV钢的拉伸塑性应变物理本构模型

研究了10CrNi8MoV钢不同温度和应变速率下的拉伸应力-应变曲线。根据位错动力学将流变应力分解为热激活应力和非热激活应力,忽略粘拽阻力的影响。通过对塑性变形过程的分析,在Kocks热激活方程中引入位错间距演化函数,并用线性强化模型描述非热激活应力的变化,建立了10CrNi8MoV钢的物理本构模型。该模型对10CrNi8MoV钢在低应变速率和较宽的温度范围内的塑性变形行为有较好的描述结果。     

粘弹性材料本构模型的研究

介绍了近年来建立粘弹性材料本构模型的方法。目前主要有两种方法:利用现有本构模型;对粘弹性材料进行试验研究,拟合实验曲线。     

《金属橡胶粘弹性本构模型研究》

应用金属橡胶的粘弹性拉压模型,使用通用有限元结构分析软件ANSYS通过平衡迭代求解获得其本构关系。结果表明理论计算曲线与实验曲线吻合较好,为金属橡胶理论的进一步研究打下基础。     

沥青砼自适应本构模型

在沥青砼路面结构分析中,建立沥青砼的本构关系浊最基本的问题。本文借助神经网络方法尝试建立了一个沥青砼的自适应本构建模型。     

宽级配土料本构模型适应性研究

本文根据四川省瀑布沟土石坝黑马Ｉ区土料的三轴应力路径试验结果，研究了宽级配土料对常用的几种本构模型的适应性，研究结果表明，对于宽级配土应力应变计算中选用邓肯双曲线模型或修正双屈曲面模型。     

环氧树脂的非线性本构模型

根据环氧树脂流变性能实验结果,经过严格的数学推导,提出了一种新的未固化环氧树脂的本构模型。它与以前的经验模型不同,每一项、每一个参数都具有较明确的物理意义,简单、明了地说明了环氧树脂的粘弹性本质。此方程说明材料的屈服应力是剪切变稀行为的一个主要原因。它揭示了某些材料存在的双牛顿区现象,并证明第一牛顿区的剪切黏度大于第二牛顿区的。但此方程仅是一维模型,其精确度和适应范围有待进一步研究。     

3104铝合金高温塑性变形本构关系研究

在Gleebe-1500 热模拟机上,采用高温等温压缩试验研究了3104铝合金在高温压缩变形中的塑性变形本构关系.结果表明, 应变速率和变形温度的变化强烈影响合金流变应力的大小, 流变应力随变形温度升高而降低, 随应变速率提高而增大;可用含Zener-Hollomon 参数的本构方程σ＝(1/α)×ln{(Z/A)1/n [(Z/A)2/n 1]1/2}来描述3104铝合金高温压缩变形时的流变应力行为,解得A＝202854595.1s-1、n＝3.4046、α＝0.03886MPa-1.     

形状记忆合金的本构模型

借助Tanaka用一维形核动力学方程导出的指数形式的相变分数,建立了一个新的形状记忆合金本构模型,提出承不同相变条件下可恢复形状记忆应变的表达式,考虑了材料在变形过程中马氏体的对优取向作用,克服了Tanaka系列模型不能描述材料处于完全马氏体状态时的力学行为的缺点,本模型比现有的形状记忆合金本构模型简单,其正确怀已得到实验的检验。     

新型超高强度热冲压用钢的热变形行为及本构关系

利用Gleeble-1500D热模拟机对新型超高强度热冲压用钢22MnB5Nb进行等温单向拉伸实验,研究了其在变形温度为650~950℃,应变速率为0.1,1.0,10s~(-1)下的热变形行为,并采用3种本构分析方法,即基于传统拟合回归方法的Arrhenius型、考虑材料常数应变补偿的Arrhenius型和本工作新提出的基于Quasi-Newton BFGS算法的Arrhenius型本构方程来描述22MnB5Nb钢的热变形行为。结果表明:22MnB5Nb钢表现出典型的加工硬化和动态回复软化行为,变形温度与应变速率均对其流变应力有较大影响;3种方程均可以准确预测实验钢的峰值流变应力,其中,Quasi-Newton BFGS算法具有可一次性求解所有材料参数、求解步骤简单和预测精度最高(R=0.99578,Re=11.03MPa,E=2.48%)的特点,考虑材料常数应变补偿的Arrhenius型本构方程预测精度相对较低,但能直接预测不同变形条件下的流变应力曲线且可以较好地预测变形过程中的加工硬化效应、动态回复软化效应和应变速率强化效应。     

TC21 钛合金高温变形本构方程研究

目的研究变形温度、应变速率等热力参数对TC21钛合金流动应力的影响规律,并构建出TC21钛合金本构方程。方法在热模拟试验机上对TC21钛合金进行了等温恒应变速率压缩实验,分析其真应力-真应变曲线。结果获得了该合金在变形温度范围为760~920℃、应变速率范围为0.001~10 s-1的流动应力数据,采用多元线性回归法建立了该合金的本构方程。结论误差分析表明,该本构方程具有较高精度,可为TC21钛合金锻造过程中的数值模拟和锻造热力参数的合理制定提供理论依据。     

基于Fields-Backofen方程的镁合金热变形本构模型

目的研究镁合金热变形行为,建立真实应力与应变、温度及应变速率间的构效关系,以表征多类镁合金的热变形过程。方法基于Gleeble-1500热模拟实验,定性、定量化分析镁合金热变形的温度敏感性,结合变形曲线的唯象特征,优化并重构Fields-Backofen本构方程以表征镁合金的热变形行为。结果镁合金热变形过程中,应力关于温度的软化作用可被描述为以e为底的指数函数形式;采用F-B方程表征镁合金热变形行为时,需考虑温度软化作用对该方程进行特定优化;优化后的F-B模型,其形式上为分段式函数,该函数所预测的变形曲线在峰值处存在尖点现象且预测误差较大;利用"离散变形微阶段求解——全阶段整合"的方法,将应变变量植入到应变速率及温度敏感系数,对F-B模型进行重构,可有效解决尖点问题,提高对变形曲线的预测精度。结论重构后的F-B模型可准确表征AZ31B镁合金的塑性流变行为,并适用于AZ91,AZ80及ZK60等具有与研究合金相似变形特性的镁合金。     

GH5188合金板材高温拉伸变形流动行为与本构方程研究

目的 研究GH5188合金板材高温拉伸变形流动行为,为高温合金板材高温成形工艺的制定和优化提供指导。方法 基于GH5188合金板材高温拉伸试验,分析了变形工艺参数对GH5188合金板材高温拉伸变形时真应力、应变速率敏感性指数和应变硬化指数的影响规律,建立了本构模型对其流动行为进行描述和预测。结果 GH5188合金板材高温拉伸变形流动行为受应变硬化、流动软化和应变速率硬化的共同影响,其变形过程分为弹性变形、加工硬化、稳态流动和断裂4个阶段。随变形温度的升高和应变速率的降低,真应力减小。变形温度、应变速率和真应变对GH5188合金板材的应变速率敏感性指数和应变硬化指数具有显著影响。基于Johnson-Cook和Hensel-Spittel模型,建立了考虑应变硬化效应、流动软化效应和应变速率硬化效应耦合影响的GH5188合金板材高温拉伸变形本构模型(JC-HS模型),采用该模型预测的真应力与试验值的平均相对误差为6.02%。结论 建立的JC-HS模型能够较好地描述和预测GH5188合金板材的高温拉伸流动行为。     

5083铝合金热压缩流变应力曲线修正与本构方程

在Gleeble-3800热模拟机上采用等温压缩实验研究5083铝合金在变形温度为523~723K、应变速率为0.01~10s-1、真应变为0~0.7条件下的高温流变应力行为。基于热传导对合金变形热效应的影响,对流变应力曲线进行了变形热修正。结果表明:热传导对变形过程中产生的温升影响不可忽略,其影响随着真应变的增加而更加显著;修正后的流变应力对峰值应力影响不大,但稳态流变应力软化趋势得到一定程度的减弱。建立了Zener-Hollomon参数的本构方程,可对5083铝合金在不同变形条件下的流变应力进行预测,温升修正后的流变应力值与本构方程的预测值吻合较好,平均相对误差仅为5.21%。     

316LN钢的高温本构模型与热加工图

目的 研究316LN钢的高温变形行为,确定最佳加工区间并优化工艺参数。方法 利用Gleeble热模拟实验机在变形温度为1 000～1 150℃、应变速率为0.001～10 s^-1条件下对316LN钢进行热压缩实验。根据实验数据分别绘制不同变形温度和不同应变速率下的流变应力曲线。在传统Arrhenius双曲正弦关系的基础上,考虑应变量的影响,通过五次多项式拟合建立316LN钢的改进型本构模型,基于动态材料模型及Prasad塑性失稳判据计算得到材料的能量耗散图和流变失稳图,将二者叠加得到316LN钢的热加工图。结果 流变应力曲线呈现典型的动态再结晶特征,且随着应变速率的增大和变形温度的升高,316LN钢的压缩应力逐渐减小,耦合应变量的本构模型预测值与实验值的相关系数达0.9888,吻合度较高。通过建立热加工图并对比金相组织发现,316LN钢在“安全区”能量耗散效率较大的区域更容易发生动态再结晶行为。结论 高变形温度、低应变速率条件更有利于软化机制的发生,改进型本构模型精度较高,可对316LN钢热变形过程中的流变应力进行准确预测。通过构建热加工图确定了316LN钢的最佳...     

780 MPa级CSP短流程双相钢动态性能本构模型

目的研究780 MPa级的短流程双相钢动态本构关系,建立能够准确描述材料的应变率敏感特性的本构模型。方法利用Zwick动态拉伸试验机和高速摄像应变测量系统,对该材料进行不同应变速率的拉伸试验,速率分别为0.001,0.01,0.1,1,10,100,500 s~(-1)。结果该材料具有明显的应变率效应,即强度随着应变率的升高而增加。基于Johnson-Cook、Zerilli-Armstrong和Khan-Huang模型对试验结果进行拟合,拟合优度分别为0.9736,0.9765,0.8926,对Khan-Huang模型进行修正后的拟合优度为0.9827。结论 JC和ZA模型可以直接准确表征材料本构关系,而KH模型需要修正后才能准确描述材料在高应变率下的本构关系。     

Plastic Deformation in Quench-and 650℃ Tempered Steel

The variations of the dislocation structuresin the quench and 650℃ tempered steel withincrease of elongations have been investigatedby using transmission electron microscopy. Inthe small elongation stage, the boundaries betweenferrite and carbide in this steel can releasedislocations. As the elongations increase, themoving dislocations in the ferrite slip ontothe carbides. Then, the interaction betweenmoving dislocations and dislocations releasedfrom this boundaries, and the interaction betweenthe dislocations moving to the carbides in everyslip plane occurs. Thereby, the dislocationtangles around the carbides can be formed.In the large elongation stage, the dislocationtangles with high dislocation density and thedeveloped dislocation cells are formed.     

基于修正Drucker-Prager Cap模型的金属粉末成形本构模型参数确定方法

针对修正Drucker-Prager Cap模型参数复杂且难准确获取的问题,提出一种采用相对简单实验操作结合联合仿真反演优化确定模型参数的方法,用于金属粉末成形的数值模拟。首先通过实验分析与理论推导,确定重点反演优化参数,即偏心距参数R;采用联合仿真反演优化方法,借助ABAQUS有限元及二次开发平台与MATLAB优化算法,对参数R进行反演计算,进而完成相关硬化参数的确定;以金属粉末Distaloy AE为例,讨论参数R不同函数表达形式的反演结果对粉末压制成形过程数值模拟的影响。研究结果表明,偏心距参数R2及其关联的硬化参数比R1在压制力、脱模力、相对密度和残余应力数值模拟方面具有更高的准确性。