一种基于有限元仿真的板料成形极限预测方法

从成形极限图试验中观察得到了板料发生缩颈的2条判断准则：1.板料发生缩颈时凸模与板料接触力出现峰值；2.缩颈区域应变路径向平面应变状态发生突变.在有限元仿真软件中建立成形极限图试验的模型，对不同尺寸的试件进行仿真，根据以上2种准则可以得到在不同应变状态下的缩颈应变成形极限和应力成形极限.在二维坐标系里标出得到的极限点并连成曲线，即为用有限元仿真方法得到的板料应变成形极限图（Forming Limits Diagram,FLD）和应力成形极限图（Forming Limit Stress Diagram,FLSD）.通过与理论计算方法和试验方法得到的结果对比发现用该方法得到的FLD以及FLSD比理论推导出的更接近试验得到的数据     

基于延性损伤和剪切损伤的铝合金成形极限预测

针对应用拉伸失稳理论和缺陷理论获取铝合金成形极限图(FLD)的局限性,提出了一种基于延性损伤和剪切损伤的铝合金成形极限的获取方法。通过在损伤过程中引入裂纹状态变量,将FLD的获取转化为计算板材在不同应变路径下断裂时对应的极限主应变。本文以5083-O铝合金为例,设计了简单的缺陷试样加载试验和缺口试样纯剪切试验,利用有限元仿真的方式获取了材料在不同应变率下失效时对应的应力三轴度和剪应力比。通过圆顶冲头涨形的数值模拟,获取了板材在不同应变路径下断裂时对应的冲头行程、极限厚度和断裂成形极限图(FFLD),并与试验结果进行对比。结果表明:数值模拟获取的板材成形极限和试验结果基本吻合。将本文获取的FFLD应用于高速动车组司机室覆盖件的冲压成形效果分析中,预测的成形工件的失效形式和断裂位置与试验结果相吻合。     

一种基于有限元仿真的板料成形极限预测方法

从成形极限图试验中观察得到了板料发生缩颈的2条判断准则：1．板料发生缩颈时凸模与板料接触力出现峰值；2．缩颈区域应变路径向平面应变状态发生突变，在有限元仿真软件中建立成形极限图试验的模型，对不同尺寸的试件进行仿真，根据以上2种准则可以得到在不同应变状态下的缩颈应变成形极限和应力成形极限．在二维坐标系里标出得到的极限点并连成曲线，即为用有限元仿真方法得到的板料应变成形极限图（Forming Limits Diagram-FLD）和应力成形极限图（Forming Limit Stress Diagrmn-FLSD）．通过与理论计算方法和试验方法得到的结果对比发现用该方法得到的FLD以度FLSD比理论推导出的更接近试验得到的数据．     

韧性断裂准则在板料成形中应用研究进展

对板料成形中的成形极限应力图、最大变薄率、成形极限图以及韧性断裂准则等预测成形极限的方法进行了综述和分析,提出了利用韧性断裂准则能够较好地预测塑性差的板料成形极限,而且还能考虑应变路径的变化.利用有限元方法模拟时,韧性断裂准则既可以运用到完全耦合的弹塑性损伤模型的增量方法中,也可以运用到一步有限元逆算法中.指出了为准确地预测成形极限,除了提高有限元模拟精度外,应找到一种本质地反映材料性能的准则.     

应用韧性断裂准则预测盒形件拉深成形极限

目前已提出的韧性断裂准则预测板料成形极限，只在简单轴对称件中得到应用．利用作者提出的韧性断裂准则预测了铝合金板LF21，LY21(M)和钢板st17非轴对称的方盒件拉深成形极限，并与成形极限图的预测结果和实验结果进行比较．结果表明，这种方法较好地预测了盒形件拉深成形极限，为预测非轴对称件成形的断裂发生提供了一种有效的方法，也为预测复杂形状零件成形极限奠定了基础．     

增材制造Ti-6Al-4V合金断裂行为与应力三轴度关系研究

研究应力三轴度与增材制造钛合金材料断裂行为的相关性,对分析增材制造钛合金的断裂失效过程有着重要的作用和意义。对光滑圆棒和缺口圆棒试件在准静态下进行单轴拉伸试验,结合数值仿真分析得到试件的应力三轴度分布和断裂应变,研究了增材制造钛合金在不同应力三轴度下的韧性断裂行为。通过扫描电子显微镜观察试件断口表面的形貌,分析不同应力三轴度下增材制造钛合金的断裂机理。研究发现,在中高应力三轴度范围内,增材制造钛合金的断裂应变随应力三轴度的升高而降低;缺口圆棒试件的起裂位置随缺口半径的减小从最小截面中心处逐渐转移至边缘处。     

延性材料开裂机理及抗断设计

从特定的工程背景出发,结合经典力学和断裂力学对延性材料屈服和断裂解释的力学原理,通过对延性材料刻痕杆刻痕根部的断裂应力场分析,推导出了延性材料在应力三轴空间中微观裂纹的形成准则:σF=σY1-υ.随后,通过对比开孔铝合金方板的断裂试验和数值模拟结果,验证了该准则对于预测延性材料在应力三轴空间中微观裂纹的形成及宏观断裂具有较高的精度且略偏于保守.最后,给出了抗断设计建议、应用该准则时应注意的问题及进一步的研究工作.     

复合材料加筋板极限承载能力分析

加筋板在出现屈曲之后并未完全失效,仍然具有较高的承载能力。本研究利用ABAQUS软件建立由shell-solid单元组合的复合材料加筋板极限承载能力分析模型。复合材料层合板和界面材料的破坏通过子程序判断,子程序中编写了Hashin和Quads失效判据,并引入材料刚度退化准则。通过有限元模拟方法分析复合材料加筋板在轴向压缩载荷下的极限承载能力,并详细给出3种失效模式的破坏过程,仿真结果与试验结果相比误差较小,说明所建立模型及USDFLD程序是正确的。     

基于LS-DYNA动力电池包底部球击失效分析

汽车行驶过程中动力电池包底面受到向上的挤压或撞击极容易造成电池安全风险，通过先进的仿真手段，准确地计算电池变形程度对评估电池的安全健康状态意义重大，而考虑材料失效模型是提高仿真精度的关键。基于GISSMO材料断裂准则，采用LS-DYNA软件进行有限元分析建立实验数值模型，对标单项拉伸等实验，获得应力三轴度与失效应变关系参数，同时优化累积损伤参数以考虑累积损伤因素的影响。基于优化后的材料本构模型进行底部球击仿真模拟分析，开展底部球击实验测试，通过对比分析发现，采用GISSMO材料失效本构模型进行底部球击仿真模拟分析，挤压力与位移曲线基本吻合，失效时间点的预测误差低于17.9%,材料裂纹形式、失效时间点、位置及区域均满足实验精度要求。证明本文研究所得的基于GISSMO材料断裂准则失效计算模型，可以用于LS-DYNA软件预测动力电池包动力学分析中裂纹产生、材料失效问题。     

电磁铆接加载速率对TA1铆钉变形影响研究

针对高应变速率敏感性钛合金铆钉的成形问题,通过试验和微观分析研究加载速率对TA1铆钉钉头和钉杆变形、能量效率、铆钉与钢板及铆钉与钢板-复合材料夹层结构的连接效果的影响,讨论TA1铆钉变形区晶粒细化规律.研究结果表明,2种不同数量的加载速率均能实现TA1铆钉成形.随着加载速率提高,钉头绝热剪切带变形越显著.合适的加载速率...     

基于余氏理论及元胞自动机的Ti⁃2Nb合金组织模拟

钛合金因具有高强度、低密度、耐腐蚀等优良性能而广泛应用于航空航天领域,因此从理论上研究钛合金组织演变规律对新型钛合金的定量设计十分必要。利用余氏理论计算价电子结构参数,结合元胞自动机规则,建立了Ti?2Nb合金β相组织模拟方法,对Ti?2Nb合金在1 000、1 050、1 100、1 150、1 200 ℃固溶时的微观组织进行了模拟。结果表明,该模型能够将相结构单元与β相组织形核长大建立关联;β相组织形核点数量与固溶温度的定量关系式可以通过余氏理论计算的相结构单元结合能进行表征;β相组织的晶粒尺寸随固溶时间的演变可以通过模拟步长建立关联。研究结果可为合金成分、制备工艺、组织、性能定量关系的建立提供可借鉴的思路。     

Effect of Friction Coefficient on Deep Drawing of 6A16 Aluminum Alloy for Automobile Body

Based on the ABAQUS/Explicit finite element method, the forming force changing trend of deep drawing test for 6 A16 aluminum alloy plate after pre-aging and storage at room temperature for one month was simulated under friction coefficient ranging from 0 to 0.22. The lubricants selected for the tests were mechanical oil, butter and dry film lubricant, and the friction coefficient of these lubricants were 0.05, 0.10 and 0.15, respectively. Microstructural evolution of 6 A16 aluminum alloy plate during drawing forming was investigated by OM, SEM and EBSD. The results showed that, with the increase of friction coefficient, the stress, strain and deformation degree in deformation zone increased, while the grain size in deformation zone decreased. Thus, the hardness of the cup-typed component increased with the increase of friction coefficient. Butter-lubricated cups had the highest tensile strength and yield strength after paint-bake cycle. The combination of simulation results and microstructure analysis of 6 A16 aluminum alloy plate after drawing forming indicates that the appropriate lubricant is butter.     

凝固速率对AlCoNiCrFe合金组织结构及性能的影响

采用X—Ray衍射仪、金相显微镜、室温压缩测试、显微硬度测试手段,研究了AlCoNiCrFe高熵合金在三种不同凝固速率状态下形成合金的显微组织和力学性能影响。结果表明：AlCoNiCrFe高熵合金经不同凝固速率后因高熵效应及元素扩散困难而形成简单的BCC晶体结构,合金的晶格常数随凝固速率的升高而增大。凝固速率越高合金的组织变得越细小,喷铸后合金生成梅花状树枝晶。合金的压缩强度、硬度随凝固速率升高而增大,喷铸成直径为2mm的合金其综合力学性能最好,其硬度比母合金锭提高13．6％,其塑性达到最大38．1％。     

置氢TC4钛合金等温锻造叶片组织演变规律

为了降低钛合金叶片的锻造温度和改善其组织性能,基于氢致钛合金高温增塑机理,将热氢处理技术应用于钛合金叶片的等温锻造成形工艺中.观察和对比分析了未置氢TC4钛合金和置氢TC4钛合金叶片等温锻造后的组织以及真空除氢热处理和普通热处理工艺下的组织演变.实验结果表明:置氢降低了TC4钛合金叶片的等温锻造载荷,除氢热处理后组织得到改善,获得了含有细小、等轴α晶粒的双态组织.确定了置氢量为0.25%(质量分数)的TC4钛合金适宜的热处理工艺为:锻后在750℃真空脱氢保温5h,900℃退火1h后再450℃时效4h.     

激光原位生成TiC增强钛基耐磨涂层及其摩擦学性能

为增强钛合金的耐磨性能,扩大钛合金的使用范围,以Ti及Cr₃C₂混合粉末为成形材料,采用CO₂激光器进行激光快速成形制备以原位生成TiC为强化相的耐磨涂层.利用光学显微镜和扫描电子显微镜和能谱分析仪等分析手段对涂层的微观组织和相结构进行分析.利用SRV3型摩擦磨损测试仪测试样件在常温时的滑动摩擦磨损性能,用GW/ML MS型高温销盘摩擦磨损试验机测试涂层在500℃下的高温滑动摩擦磨损性能,并分析了磨损机制.结果表明：在常温和500℃条件下涂层与钛合金TC4磨损体积比分别为1/46.6和1/2.86.     

Effects of cryogenic treatment on mechanical properties of extruded Mg-Gd-Y-Zr（Mn） alloys

The influence of cryogenic treatment on the mechanical properties of the extruded Mg-Gd-Y-Zr（Mn） alloys was investigated by the tensile tests, scanning electron microscopy（SEM）, transmission electron microscopy（TEM）, and energy dispersive X-ray spectroscopy （EDS）. The results show that the mechanical properties of both alloys are improved greatly during the in situ tensile test by soaking the samples in liquid nitrogen for 10 min. The ultimate tensile strength, yield tensile strength and elongation of cryogenic treated magnesium alloy added with zirconium or manganese are largely elevated. And remarkable microstructure change is observed in both alloys by cryogenic treatment. There are a large number of twins, rod-like, tree-like and chrysanthemum-like precipitated phases in the microstructures and the fracture surfaces exhibit the characteristics of ductile rupture when they are observed at room temperature.     

温度和轧制方向对TC1合金板材疲劳行为的影响

为了确定试验温度和轧制方向对TC1钛合金板材的高周疲劳寿命及断裂行为的影响,针对平行于和垂直于轧制方向的TC1钛合金板材在不同试验温度下进行了应力控制的拉-拉疲劳试验,并对相应的疲劳断裂机制进行了分析.结果表明,平行于和垂直于轧制方向的TC1钛合金板材的疲劳极限及其在相同外加应力下的疲劳寿命均随着试验温度的升高而降低;相同试验温度下,垂直于轧制方向的TC1钛合金板材的疲劳极限和疲劳寿命均高于平行于轧制方向的TC1钛合金板材.在应力控制的高周疲劳加载条件下,轧制态TC1钛合金板材的疲劳裂纹均以穿晶方式萌生于疲劳试样表面,并以穿晶方式扩展.     

钛合金窄间隙TIG焊技术及质量控制评述

论述了钛合金窄间隙TIG焊的啮合强化效应机理和焊缝质量控制,阐述了影响钛合金窄间隙TIG焊焊接接头质量的因素。认为钛合金"变形和开裂"预防和"内部质量"控制是目前制约该技术发展"瓶颈问题"。加强对钛合金"内应力演化规律与变形开裂行为"及"凝固组织形成规律及内部缺陷形成机理"等基础问题研究可以有效解决瓶颈问题。     

A set of microstructure-based constitutive equations in hot forming of a titanium alloy

1. Introduction With the wide application of numerical simulation in metal forming, an accurate constitutive equation, which expresses a correlation between the deformation behavior and the process parameters, needs to be es- tablished. For many years, a …     

含稀土Er的Al-Zn-Mg合金的组织与性能

为了探讨稀土Er对热处理可强化(沉淀强化)的铝合金系作用,采用铸锭冶金法制备了6种含Er量不同的Al-Zn-Mg合金进行了深入分析.通过硬度测试、拉伸力学性能测试、金相观察、X射线衍射和扫描电镜观察,研究了稀土元素Er对Al-Zn-Mg合金显微组织和力学性能的影响.实验结果表明,稀土元素Er可以显著地细化Al-Zn-Mg合金的铸态晶粒,减小其枝晶网胞,当Er的添加量达到w(Er)=0.7％时,枝晶网胞几乎完全消失,晶粒变得非常细小且分布均匀;对于合金的冷轧态组织以及时效态晶粒也有同样的细化效果;添加Er后,Al-Zn-Mg合金在冷轧态及时效态下的屈服强度(σ0.2)及抗拉强度(σh)都得到了显著的提高,但塑性有所降低;稀土元素Er添加到Al-Zn-Mg合金中,主要与Al相互作用形成了Al3Er相.合金显微组织的细化及合金的强化都与该相的形成和析出有关.