空心微珠增强铝基复合材料弹塑性性能的模拟预测

基于代表性体积元的细观力学有限元的方法预测空心微珠增强铝基复合材料的弹性模量、弹塑性应力应变。研究了空心微珠体积百分比(Vf)和空心微珠壁厚与空心微珠半径的比值(t/R)对弹塑性性能的影响。研究表明复合材料有效弹性模量随着Vf的增大而减小,随着t/R的增大而增大;另外,随着Vf的增加复合材料逐渐表现出泡沫金属材料的特性。     

基于弹性-幂强化材料模型的金属管材弯曲回弹分析

对金属管材在弯曲条件下的应力-应变关系进行分析,基于弹性-幂强化材料模型,在中性层附近的弹性变形区采用线性关系描述应力-应变关系,在塑性变形区采用幂函数形式描述应力-应变关系。根据回弹理论,计算时考虑了管材壁厚,推导了金属管材弯曲回弹角的近似计算公式。计算结果表明,弹性变形区产生的回弹量占整体回弹量的比值非常小。回弹角的大小与材料的自身参数相关,随着弹性模量E、材料硬化系数n的增大而减小,随着塑性系数K、管材壁厚t的增大而增大。回弹角的大小与弯曲时的弯曲角度和曲率半径相关,随着弯曲角度α、曲率半径ρ的增大而增大。     

铝板/塑料混合成型中铝板大塑性变形区的有限元分析

采用弹塑性大变形更新的Lagrange有限元方法研究了铝板 /塑料混合成型过程中铝板的成形过程和变形特点。结果表明 ,当塑料熔体压力从 30MPa增大到 5 0MPa时 ,铝板凸缘区已基本不再参与变形 ,铝板上两个板厚减薄较严重的大塑性变形区在此阶段形成。模底接触区与自由变形区交界处的大塑性变形区依次处于板料曲面内双向伸长变形和平面应变状态 ;模腔入口圆角区与自由变形区交界处的大塑性变形区由两部分构成 ,其中与模壁接触部分依次处于板料曲面内双向伸长变形、拉伸变形和平面应变状态 ,另一部分依次处于板料曲面内双向伸长变形和平面应变状态。     

筒形件冲压缩口成形工艺的数值模拟研究

应用有限元分析软件中的显式动力学求解器模拟筒形零件缩口成形工艺过程中应力、应变和位移流向的分布云图,分析了工件成形时的塑性变形特点及其对成形质量的影响关系.研究表明:筒形件冲压缩口成形工艺主要失效形式是缩径区的裂纹、定径区的起皱和传力区部分的失稳等;工件失效的主要原因是塑性变形区材料流动速度不均匀导致的应力集中;冲压缩口力随着摩擦系数和模具锥角的增大而增大,但是会随着模具型腔内圆角半径的增大而减小.     

飞机Z形框滚弯加工数值模拟与分析

采用大型有限元分析软件ANSYS,对飞机Z形框滚弯及其回弹过程进行三维动态仿真模拟。模拟结果表明,在Z形框滚弯过程中,型材截面的4个角处均存在应力集中现象;随着弯曲半径的增大,塑性应变值减小;塑性应变的最大值出现在受压侧缘条的中部;塑性应变为零的部位基本在Z形框高度的中线处。文章研究了各种因素对Z形框滚弯回弹的影响。研究结果显示,Z形框回弹半径随着弯曲半径的增大而增大,随着型材厚度的增大而减小,随着应变刚模量D值的增大而增大。     

接触表面性质对圆柱滚子轴承混合润滑的影响

目的为了提高圆柱滚子轴承的润滑性能,研究滚子与外圈表面纹理及硬弹比对圆柱滚子轴承混合润滑的影响。方法基于平均流量模型、非牛顿效应、热效应和粗糙峰的弹塑性变形,建立了圆柱滚子轴承有限长线接触热混合润滑模型。研究了表面纹理及硬弹比对膜厚、膜厚比、载荷比、平均摩擦系数及最高温度的影响。结果随着表面纹理参数的增大,油膜厚度逐渐减小,粗糙峰接触压力、平均摩擦系数和载荷比逐渐增,最高温度先减小后增大,最小膜厚先增大后减小。但表面纹理参数小于1/3时,对最小膜厚的影响非常小。表面硬度引起的完全塑性变形、弹塑性和塑性变形、完全弹塑性变形对润滑状态的影响不同。在硬弹比处于0.01～0.03时,粗糙峰同时发生弹塑性和塑性变形,油膜厚度、最小膜厚、载荷比、平均摩擦系数、粗糙峰接触压力及最高温度不随表面硬度而变化。当硬弹比小于0.01时,粗糙峰产生完全塑性变形;当硬弹比大于0.03时,粗糙峰发生完全弹塑性变形。这两种情况的载荷比、平均摩擦系数、粗糙峰接触压力及最高温度均随着表面硬弹比的增大而增大。在不同工况下,表面硬度与表面纹理参数对圆柱滚子轴承润滑状态的影响存在差异。在表面纹理参数小于1/3时,表面硬度的影响占主导地位;在表面纹理参数大于1.0时,表面纹理参数的影响占据主导地位。结论表面纹理参数等于1.0时,润滑状态最好;硬弹比处于0.01～0.03时,综合润滑性能最好。在不同条件下,表面纹理参数与表面硬度对润滑影响的程度不同。因此,圆柱滚子轴承混合润滑中,存在最佳的表面纹理参数和表面硬弹比。     

装甲钢马氏体相变塑性的实验研究

采用Gleeble热模拟实验机对装甲钢马氏体相变塑性进行了研究。通过对热变形中的热应变、组织应变和弹性应变进行分离,从总应变中分离了相变塑性,并得到了相变塑性的定量关系式,采用Greenwood-Johnson模型得到该种材料的相变塑性系数。分析结果表明,该种材料的相变塑性、组织应变和热应变是引起变形的主要原因,相变塑性与组织应变数值相当,在热处理变形分析中不容忽视;随着温度降低及马氏体体积分数增大,相变塑性迅速增大,马氏体体积分数达到0.8后,相变塑性基本保持不变;随着施加应力的增加,相变塑性逐渐增大,相变塑性与施加应力呈线性关系。文章研究结果不仅为该种材料热处理、焊接过程形状畸变和残余应力研究提供基础,还为该材料复杂热力学行为研究提供参考。     

材料的塑性泊松比μp和弹塑性泊松比μep

本文在塑性变形体积不可压缩的条件下导出了以塑性应变εｐ定义的塑性泊松比μｐ和以弹塑性总应变εｅｐ定义的弹塑性泊松比μｅｐ的计算式,指出在小变形范围内可以看作μｐ＝０．５,而μｅｐ则总是小于０．５;当变形较大时,无论是μｐ还是μｅｐ均远小于０．５。本文提供的计算式可用于解决大变形问题     

变形速率对GH3625合金弹-塑性变形行为的影响

利用原位中子衍射室温压缩实验、EBSD和TEM等手段研究了变形速率对GH3625合金弹-塑性变形行为的影响。结果表明，GH3625合金宏观应力-应变曲线包括弹性变形阶段（施加应力σ≤300 MPa）、弹-塑性转变阶段（300 MPa<σ≤350 MPa）和塑性变形阶段（σ>350 MPa），这与细观晶格应变行为一致。同时，变形速率与晶体弹性和塑性各向异性密切相关。通过特定hkl反射的晶格应变、峰宽和强度的研究结果表明，变形速率对晶体弹性各向异性影响较小，而对晶体塑性各向异性影响较大。随变形速率的增加，大角度晶界逐渐向小角度晶界转变，孪晶界的比例逐渐减小，晶粒由均匀变形向不均匀变形转变。随变形速率的增加，合金的总位错密度（ρ）先减小后增加，而几何必须位错密度(ρ^GND)单调递增，统计存储位错密度(ρ^SSD)单调递减；同时，试样在变形速率为0.2 mm/min时表现出反常的加工硬化行为，这主要与均匀变形产生的统计储存位错（SSD）有关；此外，位错强化贡献和TEM观察证实了GH3625合金的塑性变形机制以位错滑移为主，其加工硬化机制是位...     

非平底凹模铝板/塑料复合成形中铝板大塑性变形分析

在注塑机上利用非平底凹模制备了形状较复杂的铝板/聚丙烯复合结构件,实现了将金属板料成形、塑料注射成形融为一体的复合成形的新工艺.利用弹塑性大变形更新的Lagrange有限元法对于复合成形中铝板成形过程进行了数值模拟.成形铝板的实验测试厚度与有限元模拟值具有良好的相符性.铝板成形中形成3个板厚减薄较严重的区域.板厚减薄严重的Ⅱ区,发生了胀形变形和剧烈的塑性剪切变形.Ⅰ区和Ⅳ区之间的大塑性变形区分为B区和C区2个部分,B区内绝对值最大的主塑性应变为负,C区内绝对值最大的主塑性应变为正.Ⅲ区与Ⅳ区之间的D区绝对值最大的主塑性应变为负.     

饱和粘土中平均塑性体积应变对压密注浆的影响

针对工程上通常不考虑平均塑性体积应变Δ的影响或者简单取Δ为0．01的情况，分析了饱和粘土中平均塑性体积应变对压密注浆的影响范围、极限孔压、超孔隙水压力的影响并给出了考虑其影响的计算公式。研究表明：在工程中平均塑性体积应变的影响通常是应该考虑的，它是反映土体变形规律的重要参数，并提出了平均塑性体积应变的简化确定方法，操作简单，判断快捷，适合工程应用。当G／Cu≤40时，可以不考虑平均塑性体积应变的影响。     

基于离散单元方法的冷轧轧制力计算

考虑了轧制变形区内带钢变形抗力的变化,根据卡尔曼方程,推导了塑性变形区内轧制力的计算公式,为避免直接积分的复杂性,将塑性变形区进行单元划分,分别求解前滑区和后滑区各单元的平均轧制力,将所有单元轧制力之和+入口弹性压缩区的轧制力+出口弹性恢复区的轧制力,得到了总的轧制力。计算结果表明,单道次计算时间t<30ms,在2000组计算结果中,计算值与实测值之间有93.3%的相对误差保持在±10%范围内,预测精度较高,满足冷轧在线控制的要求。     

面向应变均匀性和成形力的等径道角挤压模具结构参数优化

面向等径道角挤压成形应变均匀性和成形力,以3003铝合金为研究对象,采用有限元法分析不同模具外角、内角、内角半径挤压变形的等效应变均匀性和挤压成形力。研究结果表明:外角ψ对等效应变均匀性影响显著,而内角φ主要对挤压成形力影响较大,内角半径r对二者影响不明显。因此采用合理的模具结构参数,既可以提高应变均匀性,又能降低挤压成形力。基于正交试验分析得到了模具结构参数为:ψ=40°,φ=105°,r=1.5 mm,这为研究试样宏观塑性变形与细化晶粒微观组织演变规律、模具结构设计参数提供理论依据。     

铝管锥形模机械扩径变形区壁厚分布规律

研究了管材锥形模机械扩径变形区应力分布的特点,根据应力-应变关系,分析了变形区壁厚可能存在的分布规律,通过求解变形区应力分布,根据全量理论和体积不变原则,提出了变形区壁厚分布的解析式,基于该公式,分析了扩径系数和摩擦系数对壁厚分布的影响,结果表明,扩径系数较小时,摩擦系数对壁厚分布影响较小,变形区壁厚均减薄;当扩径系数较大时,变形区存在壁厚分界面,分界面之前(靠近模具前端)壁厚增厚,分界面之后壁厚减薄,并且摩擦系数越大,分界面半径越大。进一步数值模拟证明,该壁厚分布公式正确。     

Material-dependent representative plastic strain for the prediction of indentation hardness

The definition of representative plastic strain induced by a Vickers indent has received considerable attention in recent years. Previous reports have attempted to define a universal value that was independent of a material’s plastic response. However, the work presented here will show that a material-dependent representative plastic strain is valid in the conversion of flow stress to indentation hardness. This representative plastic strain is the volume average plastic strain within the plastic zone of Vickers indentation. The increase in indentation hardness within the plastic zones of macro-indents was experimentally determined by micro-Vickers indentation and then compared with that predicted by finite element modeling, which utilizes the proposed representative plastic strain. It was further shown that the representative plastic strain defined here is independent of yield strength, elastic modulus and magnitude of prior plastic deformation for both linear and power law strain hardening materials.     

Compressive properties of aluminum foams by gas injection method

The compressive properties of aluminum foams by gas injection method are investigated under both quasi-static and dynamic compressive loads in this paper.The experimental results indicate that the defo...     

Fracture in strain gradient elasticity

Recent experiments have shown that the microscale material behavior is very different from that of bulk materials, and displays strong size effects when the characteristic length associated with the deformation is on the order of microns. Conventional continuum theories, however, can not predict this size dependence because they do not have an intrinsic length in their constitutive models. A new continuum theory, namely the strain gradient theory, has been proposed to investigate the deformation of solids at the microscale. For materials undergoing plastic deformation, the basis of strain gradient theory is the dislocation theory in materials science, and strain gradient plasticity has agreed remarkably well with experiments. For elastic materials with microstructures, it has also been established that the material behavior can be represented by an elastic strain gradient theory. A general approach to investigate fracture of materials with strain gradient effects is established. Both the near-tip asymptotic fields and the elastic full-field solutions are obtained in closed form. Due to stain gradient effects, stresses ahead of a crack tip are significantly higher than those in the classical K field. The plastic zone size surronunding a crack tip is estimated by elastic near-tip fields, as well as by the Dugdale model. It is established that the plastic zone is, in general, much more round and larger than that estimated from the classical K field.     

关于焊接应力变形两个问题的进一步探讨

讨论了焊缝是否存在压缩塑性变形问题和拉达伊D应力应变原理图存在的问题。指出刚刚经历熔化—凝固过程的焊缝不存在压缩塑性变形 ,一直承受拉伸塑伸变形。拉伸塑性变形区的范围要比拉达伊D的原理图上给出的大得多 ,对拉达伊D的原理图进行全面修改 ,提出新的焊接热应力应变原理图。在新原理图中 ,三组曲线分别是升温—降温、压缩—拉伸和拉伸弹性—塑性变形的分界线。将等温线所处的温度明确为熔点 ,它包围的区域为熔池。取消弹性卸载区的提法 ,改为弹性变形区。整个焊接板由弹性变形区、压缩塑性变形区、拉伸塑性变形区和熔池组成。     

Modeling of cavity coalescence during tensile deformation

The effect of material properties such as the cavity growth rate and initial cavity population on cavity coalescence during uniaxial tensile deformation was determined. To this end, a two-dimensional model that treats the growth of a random array of spherical cavities inside a deforming tension specimen was developed. Simulation results included predictions of the conditions under which cavity coalescence occurs, the variation of average cavity radius and fraction of cavities which have coalesced as a function of strain, and the evolution of cavity size distribution as a function of strain, cavity growth rate, and cavity population. For a given cavity density, it was found that the fraction of cavities which has coalesced is independent of the cavity growth rate and varies linearly with the cavity volume fraction; a relationship between the fraction of coalesced cavities and the cavity volume fraction was established from the simulation results. In addition, simulation predictions of average cavity radius as a function of strain were compared to previous relations for cavitation under conditions involving growth and coalescence. Predictions of average cavity size as a function of strain from the present work gave good agreement with previous experimental and theoretical work of Stowell and Pilling.     

双粗糙表面磨削过程微凸体曲率半径的影响分析

目的通过建立双粗糙表面磨削模型,获得微凸体曲率半径对材料磨损的影响大小。方法选取磨具上微凸体与工件上不同变化曲率的微凸体分别建立滑动磨削模型I和模型II,考虑了磨削过程中材料的弹性/塑性变形及其断裂失效,运用有限元方法分析探讨滑动过程相嵌微凸体的应变变化以及磨屑脱离情况。结果磨削滑动过程中,在同等接触干涉量δ=1.30μm条件下,接触角较小的微凸体接触对(θ_1≈19.4°)其上微凸体发生磨损断裂,而接触角较大的微凸体接触对(θ_2≈25.5°)其下微凸体发生磨损断裂。磨损微凸体最大的等效塑性应变量发生在次表层的1.5~2.0μm处。结论双粗糙表面磨削过程中,在其他影响因素相同的情况下,曲率半径较小的微凸体更易形成磨屑。磨损微凸体最大的等效塑性应变量发生在次表层的某一深度处,随着塑性变形的增大,应力三轴度减小,导致材料表层下微观裂纹的萌生形成磨屑。