热冲压硼钢B1500HS高温本构方程的研究

硼钢的高温本构方程是热冲压数值模拟不可缺少的数学模型,它反映了流动应力与应变、应变速度以及温度之间的依赖关系。为了研究热冲压硼钢B1500HS高温时的流变力学行为,采用Gleeble 1500D热模拟试验机,在600～900℃温度区间,分别以0.01 s–1、0.1 s–1、1.0 s–1、10 s–1的应变速度对硼钢B1500HS试样进行等温单向拉伸试验,计算得到各相应测试条件下的正应力—应变曲线。采用包含变形激活能和变形温度的双曲正弦形式修正的Arrhenius关系来描述硼钢奥氏体组织的热激活变形行为。通过对试验数据进行拟合回归分析,得到与应变量相关的各材料参数,以及与应变速度、变形温度相关的流变应力关系式。试验结果显示,流动应力随着变形温度的降低而增大,随着形变速度的升高而增大。计算结果表明:流变应力关系式的计算结果与试验数据的吻合度较好。     

22MnB5热变形行为研究及本构方程建立

以22MnB5为实验材料,在500~950℃范围内和应变速率为0.01s-1、0.1s-1、1s-1的实验条件下,采用热模拟机Gleeble-1500对硼钢进行热拉伸实验,研究了不同变形条件下硼钢的热流变行为;对拉断后的试样断面进行组织分析,阐述了不同变形条件下硼钢的组织对热流变行为变化的影响。研究表明：硼钢的热变形行为属于典型的动态回复型,其流动应力随着温度的升高而减小,随着应变速率的增大而增大,且温度对流动应力的影响更显著;在500℃、应变速率0.01s-1的条件下,硼钢高温下的热力学行为与上述规律有所差别,其流变应力高于高应变速率下的流变应力。最后根据高温拉伸实验所得数据,构建了22MnB5热变形的本构方程,以此来描述硼钢高温下的热流变行为。     

形变和冷却对B1500HS硼钢马氏体相变的影响

利用Gleeble-1500D热模拟试验机,以恒定的应变速率将在900℃奥氏体化的B1500HS硼钢试样分别压缩10%、20%、30%、40%,然后分别以50℃/s、40℃/s、25℃/s的速度对试样进行冷却。研究形变量及冷却速度对B1500HS硼钢的马氏体相变温度、微观组织、显微硬度和残余奥氏体等方面的影响规律。结果表明:相同冷却速度下,马氏体相变开始温度和相变终止温度均随着形变量的增加逐渐升高。随着形变量的增加,马氏体组织越来越细小,而且薄片状马氏体越来越少,板条状马氏体越来越多。形变量和冷却速度的增大,均使B1500HS试样中的残余奥氏体量减小。形变导致B1500HS硼钢的连续冷却转变图左移,避免未变形B1500HS钢试样生成贝氏体组织的临界冷却速度约为25℃/s。当冷却速度为25℃/s时,试样的变形程度达到30%时,微观组织中开始出现贝氏体。     

B1500HS硼钢800℃冲压界面粉末润滑特性研究

高强钢热冲压成形件由于其高比强度广泛应用于汽车零部件制造,但高温冲压成形界面的摩擦磨损非常严重,对产品质量有着重要影响。以石墨、氮化硼粉末为固体润滑剂,在800℃高温下对硼钢B1500HS进行了冲压成形实验,结合干摩擦和润滑条件下的成形件表面宏微观形貌的对比分析,对热冲压界面粉末润滑机制进行了研究。结果表明:使用这两种润滑剂均可以有效地提高B1500HS钢成形件表面质量,冲压后润滑膜会均匀或离散地附着于成行件表面;六方氮化硼润滑效果较石墨更高效,并在一定程度上抑制热冲压件表面的氧化;热作模具的加载作用会使粉末润滑层产生滑移,润滑膜延展,从而提高成形件表面质量。     

22MnB5热冲压高强钢本构关系模型的比较研究

22MnB5高强钢的高温本构模型是热冲压工艺数值模拟的重要输入参数,准确反应实际本构关系的模型可以为工艺的制定提供理论支持。为此,分别介绍Johnson-Cook、Voce-Kock、修正的Arrhenius、Norton-Hoff和修正的Tong-Wahlen模型的理论和特点,并将模拟分析结果与实验数据进行比较。研究表明,Voce-Kock模型对22MnB5本构关系的拟合效果最好,尤其对大形变量下的流变应力的拟合最为吻合;而修正的Tong-Wahlen模型与真实本构关系的曲线走势最为接近。     

基于J-C模型440C不锈钢动态本构关系的修正

为了构建合理描述440C不锈钢流动应力变化关系的本构模型，借助万能试验机和霍普金森压杆装置，分别进行了准静态和动态压缩试验。依据所获得的试验数据，对原J-C本构模型参数进行了标定，并探讨了其描述所研究材料应力流动行为的适用性和预测准确性。基于分析的结果，提出了一种考虑应变、应变率和温度间相互耦合的修正J-C本构模型，并进行模型参数标定。将试验数据与模型预测值进行对比分析，并通过相关性系数R、平均相对误差AARE和平均均方根偏差RMSE三个统计参数，对所提出模型的有效性进行评价。结果表明，440C不锈钢的动态力学行为受应变、应变率和温度间耦合作用的共同支配，所提出修正J-C本构模型相关性系数R为0.995 9,平均相对误差AARE为0.073,平均均方根偏差RMSE为0.761 8,能够合理地描述其应力流动行为。     

微塑性成形中的摩擦研究

微塑性成形中由于尺寸微型化出现了"尺度效应",导致了摩擦润滑呈现出不同于传统宏观尺寸的特点,利用"开口和封闭润滑穴"模型解释了微塑性成形中的摩擦问题.结合微压缩实验讨论了流动应力的修正,即消除摩擦力对微压缩的影响.耦合鼓度法和有限元技术对微压缩试验进行了研究,制定了标定曲线,进行了拟合回归,求解了实验中的摩擦因数,修正了流动应力,从而获得真实流动应力-应变曲线,可以为后续的微塑性成形有限元数值模拟提供准确的材料模型.     

热冲压成形过程细观损伤演化机理研究

基于Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)细观损伤模型,扩展其在平面应力、壳单元问题中的应力更新数值算法,研究高强度硼钢热冲压成形过程中板材内部的损伤演化行为。采用响应曲面中心复合试验设计和遗传优化算法,系统地阐述高温下GTN损伤参数的识别方法并获取了热成形高强度硼钢22Mn B5在高温下(600~800℃)的损伤特征参数(0,,,N Ff f f fc)。对耦合损伤的高强度钢板NAKJIMA凸模胀形热冲压过程进行有限元仿真预测,并与试验结果进行对比分析。结果表明:运用响应曲面法确定热冲压高温板材损伤参数的方法是可行的,同时采用GTN损伤模型可以准确模拟高强度钢板热冲压过程中的开裂行为。     

基于时间硬化理论的蠕变损伤计算模型

在540℃和565℃温度下进行30CrlMolV钢的蠕变试验,根据试验结果提出基于蠕变损伤理论和蠕变时间硬化理论的Rabotnov损伤修正模型再修正计算公式,该模型较好地解释了应力大小与损伤演变的关系。采用该公式对蠕变实验数据进行计算分析,分析结果显示,按照新的计算模型,与应力相关的参数对应力具有较好的线性相关性,从而克服了Rabotnov损伤修正模型再修正计算公式中参数不易求解的缺点,并且拟合得到的计算模型能够较好的与试验数据吻合。给出关于该材料的蠕变损伤计算模型的各参数表达式。     

动态冲击载荷下无氧铜的力学性能研究

利用分离式Hopkinson压杆实验装置(SHPB)对无氧铜进行了常温下不同应变率(2 500 s-1~15 500 s-1)的动态力学性能进行了测试,得到常温下无氧铜的真实应力-真实应变曲线,并分别通过Power-Law本构模型和JohnsonCook本构模型对其进行了拟合。结果表明:无氧铜在受到动态压缩载荷的作用时,其塑性流动应力对应变率并没有表现出敏感的趋势,但对于材料的屈服应力则在应变率高于14 000 s-1时明显增加,同时材料的应变强化效果降低,另外,相较于Johnson-Cook本构模型,Power-Law本构模型能够更准确的预测无氧铜在高应变率下的塑性流动应力。     

基于OE-CM算法的机床主轴热误差建模与补偿分析

针对机床热误差建模过程中,误差信息不透明、数据特性不全面等不利因素,根据机床主轴热误差实验数据,分别采用GM(1,n) 模型和最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型建立主轴热误差预测模型并进行线性叠加,然后采用预测有效度算法调整模型加权系数,建立了最优有效度复合预测模型（OE-CM）以获取最佳预测效果。在VXC-560型三轴数控机床上进行在线实验建模,实验结果表明：OE-CM具有预测精度高、鲁棒性好等特点,整体预测效果优于灰色GM(1,n)模型和LS-SVM模型,适合在复杂工况条件下对机床主轴热误差进行预测和补偿,为提高机床热误差补偿精度建立了理论模型。为了验证该预测模型的有效性,对所研究的机床主轴进行热误差在线补偿,机床主轴Z向最大误差从23.8μm减小到8μm,减幅达到66.4%,较好地提高了机床精度,具有一定的工程化推广前景。     

一种基于连续损伤力学的低周疲劳寿命预测模型

基于连续介质基本守恒定律和连续损伤力学,可将材料疲劳损伤造成的有效承载面积减小表示为平均应变的函数,在此基础上,按微裂纹阶段和疲劳裂纹阶段对材料低周疲劳的损伤演化进行了分析,并建立了一种低周疲劳寿命预测模型。对316L钢光滑试样进行420℃环境下应力控制的低周疲劳试验,采用上述方法进行损伤描述和寿命预测。结果表明微裂纹阶段是材料低周疲劳寿命消耗的主要阶段,采用各寿命段采样数据获得的寿命预测结果与试验结果较 符合。     

10B06冷镦钢连铸坯的热压缩流变行为

利用MMS-200型热力模拟试验机研究了10B06冷镦钢连铸坯在750～1 100℃、应变速率为0.01～20s-1条件下的热压缩流变行为,并且通过线性回归确定了该钢的应变硬化指数以及热激活能,获得了其在变形条件下的流变应力本构方程。结果表明:该钢在热压缩变形时的流变软化行为是动态再结晶、动态回复与加工硬化联合作用的结果;当变形温度较低、应变速率较小时,软化效应以动态再结晶为主;而当变形温度较高、应变速率较大时,软化效应是动态再结晶和动态回复共同作用的结果;该钢的流变应力可采用Zener-Hollomon参数的函数来描述,其热激活能为220.132 3kJ.mol-1。     

基于装配线平衡的U形装配线生产效率研究

针对以人为主的U形混流装配线的生产效率展开研究。提出了基于合作的工作站内任务分工策略,考虑工人行走对平衡的影响,利用强制节拍装配线平衡方法确定了工人的基本任务分工;通过合理设置工位间缓存以及改变工作优先序,变强制节拍为自由节拍,只在源端设置一个固定节拍来保持生产压力;通过合作使工人之间的任务负荷更加均衡。仿真研究结果表明:在生产压力较小的情况下,只需变强制节拍为自由节拍,即可有效地提高生产效率;而在生产压力较大的情况下,变强制节拍为自由节拍以及合作均能有效地提高U形混流装配线的生产效率,合作还能提高工人之间的任务均衡率。     

铸态42CrMo钢热压缩变形时的动态再结晶行为

基于Gleeble-1500型热模拟试验机进行热压缩试验,通过对试验数据进行线性回归分析推导出了铸态42CrMo钢热压缩变形的本构方程,同时探讨了热压缩变形参数对显微组织的影响。结果表明:在相同的变形温度(850～1 150℃)下,该钢变形后的显微组织随着应变速率的增大逐渐变细,在5s-1时达到最细;在相同的应变速率(0.1～5s-1)下,显微组织随着变形温度的升高逐渐变细后再粗化,在1 050℃时马氏体板条最细;在相同的应变速率(1～5s-1)和变形温度(900～1 050℃)下,随着变形量的增加,再结晶晶粒尺寸均得到了显著细化;在温度为1 050℃、应变速率为5s-1、应变为0.6时热压缩后晶粒的细化效果最为显著。     

增程式电动汽车增程器转速切换/功率跟随协调控制

针对电动汽车增程器系统中的发动机、发电机协调控制问题,提出了一种转速切换/功率跟随增程器协调控制策略。首先根据发动机的最佳制动燃油消耗率曲线设计了发动机的功率-转速切换表。然后,分别设计了基于发动机平均值模型的发动机转速二阶滑模控制系统和基于电压定向直接功率控制的PWM整流器功率控制系统。通过对发动机转速和PWM整流器输出功率的闭环控制,使发动机沿着最佳制动燃油消耗率曲线运行。最后,在AVL Cruise和MATLAB/Simulink仿真环境下搭建了系统的联合仿真模型,仿真结果从增程器功率跟随效果,发动机转速控制效果,动力电池电压、电流和SOC波动范围以及发动机工作点分布等方面验证了该策略的有效性。     

计入套圈变形和润滑影响的球轴承动刚度研究

针对传统拟静力学分析方法未考虑轴承套圈热变形、离心力变形和弹流润滑作用引起轴承内部沟道曲率中心与滚动体中心几何位置关系的变化,难以准确反映轴承动刚度不足的现状,建立了计入套圈变形和弹流润滑影响的轴承拟静力学修正模型。采用所建立的模型研究了轴承不同工作转速和预紧力条件下轴承热变形、离心力变形和润滑油膜对动刚度的影响规律,通过与Gupta等典型算例及实验的对比验证,证实了所建立模型及分析结果的有效性。