淬火过程中温度、组织及应力/应变的有限元模拟

为了找到淬火过程中零件产生不规则扭曲变形的原因,选择了H型截面零件为研究对象,建立了相应的有限元分析模型,利用自开发的淬火过程有限元模拟软件对温度、组织和应力/应变进行了耦合分析.通过有限元模拟,得到了温度变化、相变及相变塑性对残余应力及淬火变形的影响,给出了零件内部弹性区及塑性区的演变过程.分析结果表明:零件在淬火过程中经历"弹性-塑性-弹性-塑性-弹性"的演变过程;在淬火过程中,相变塑性导致零件发生不均匀、无规律的扭曲变形.     

淬火过程初应变项对淬火残余应力的影响

淬火过程是温度、组织和应力应变3方面交互作用的复杂过程。文章考虑了淬火过程中各项热物性参数、力学性能参数等随温度的变化情况,建立了温度、组织和应力的耦合分析结构图,自行开发了淬火过程有限元模拟软件,选择平面问题为研究对象,建立相应的有限元分析模型,分析和讨论了由温度引起的初应变、相变引起的初应变及相变塑性对淬火残余应力的影响。根据有限元分析的结果,得到了淬火过程各项初应变对淬火残余应力的影响规律。     

淬火工艺有限元模拟中弹塑性比例系数的计算方法

淬火过程是一个温度、相变、应力应变相互影响的材料非线性过程。根据淬火过程的特点,提出了一种新的计算弹塑性比例系数的方法,使用该方法可以求解过渡单元的弹塑性比。在模拟过程中,为了提高计算精度、减少计算时间,提出了两种加速弹塑性比例系数收敛的方法:弹性逼近法和插值方法。应用弹性逼近法和插值方法对无相变冷却过程和有相变冷却过程进行有限元模拟,将模拟所得应力变化曲线与实验结果相比较。结果表明,弹性逼近法和插值方法可以显著减少弹塑性比例系数的迭代次数,计算得到的应力值与实验结果吻合较好。     

Q&P钢热处理过程有限元法数值模拟模型研究

以国内典型淬火-分配(QP)高强钢——QP980钢为例,进行热处理全过程物理模拟研究,提出一种耦合温度及时间影响的类蠕变应变方程用以描述材料在QP热处理分配过程的体积变化,建立考虑淬火温度影响的QP热处理两次淬火过程相变动力学方程、相变应变及相变塑性方程,获得了QP钢各相的热膨胀系数。根据温度场、组织场、应力场三场耦合原理,基于物理模拟得到的弹塑性增量本构模型,对商业有限元软件ABAQUS用户子程序进行二次开发,建立了针对QP热处理全过程的三场耦合数值仿真模型;通过Gleeble热-力模拟试验机上的QP热处理实验对模型进行了实验验证,实验结果与数值模拟结果吻合良好。     

应力对U75V重轨钢珠光体转变的相变塑性影响

基于Greenwood-Johnson理论,采用Gleeble-1500D热模拟实验机,对U75V重轨钢连续冷却转变过程中珠光体转变的相变塑性进行研究。通过测定不同加载应力下的膨胀曲线,对总变形中的组成应变,即热应变、相变应变、弹性应变、相变塑性应变进行分离,建立重轨钢相变塑性模型方程,通过数值模拟对热处理工艺进行优化。计算结果表明,重轨钢U75V在珠光体相变过程中,热应变在总应变中占80%以上;相变塑性应变在总应变中所占比例的最大值随应力而增加,当加载应力为-45MPa、相变在577.1℃结束时,相变塑性应变占总应变的比例最大可达到12.5%。     

冷轧辊淬冷过程数值模拟的研究

采用三维非线性有限元分析方法模拟小型冷轧辊淬火冷却过程，直观地显示出任一时刻轧辊上的瞬态温度场、组织分布和应力场，可以给出轧辊上任意位置的冷却曲线。在所采用的数学模型中，用增量叠代法处理边界条件非线性、物理参数非线性、相变潜热非线性等复杂问题。在相变量计算中引入应力状态的影响。在应力场分析中采用热弹塑性模型，考虑了相变应变、相变塑性应变、热应变、材料力学性能的温度效应和相变影响等因素。计算机模拟结果和实测结果吻合较好。由此提供了一种良好的淬火工艺虚拟生产试验手段，可作为智能热处理的核心技术之一     

金属塑性有限元模拟算法研究

论述了金属塑性成形过程中有限元模拟的Markov变分原理和刚塑性本构方程;阐述了数值模拟中的离散化和线性化算法及刚性方程的求解方法.由整体刚度方程求解节点速度增量,结合有限元网格划分形函数,得到有限元模拟的应力场与应变场及应变率增量.此外,给出了刚塑性有限元模拟的步骤和算法发展趋势.在刚度方程求解时,仍需要一种快速收敛算法,同时保证模拟精度要求.     

应力松弛对应变诱发马氏体相变影响的有限元模拟

在基于新型淬火-分配-回火(Q-P-T)钢微观组织的有限元模型中,建立了产生马氏体相变的一维应变等效模型,模拟了单轴拉伸条件下的相变诱发塑性(TRIP)效应,由此揭示了该效应的微观机制.TRIP效应产生的应力松弛有效地缓解了未转变的残余奥氏体和邻近马氏体的应力,阻止了裂纹的形成,并使较多的残余奥氏体在较大的应变下存在,这是TRIP效应的起因;模拟结果还显示,相变形成的新(应变诱发)马氏体比原始(热诱发)马氏体承载更大的应力,由此预测裂纹首先在新马氏体中或其边界处形成.应力松弛效应使应变诱发马氏体断续缓慢地生成,这与实验观察结果相符.通过比较有应力松弛效应和无应力松弛效应的有限元模拟结果发现,无应力松弛效应使应变诱发马氏体相继快速地生成,这与实验不符,由此反证TRIP效应必然产生应力松弛.     

应力与相变相互作用对马氏体淬火残余应力的影响

本文进行了有关钢在马氏体淬火过程中应力与相变相互作用的实验研究，在此基础上提出了一种预测钢的马氏体淬火残余应力的较完整的数学模型。根据实测的材料参数用有限元方法对２６Ｃｒ２Ｎｉ４ＭｏＶ钢圆筒形试件的淬火过程进行了计算分析，着重考察了相变塑性和应力诱导相变对残余应力形成的影响。结果表明，由本模型给出的残余应力预测值与实测值吻合较好，而不考虑相变塑性的模型实际上是不适用的，忽略应力诱导相变则倾向于在较大程度上低估淬火后的残余应力     

基于物理模拟的相变塑性应变分离方法

相变塑性是材料在相变过程中由于外部应力引起的材料的不可逆变形。在大型金属零件的焊接和热处理等复杂热力循环过程中,相变塑性对残余应力和变形的影响不可忽视,因此,对材料的相变塑性开展研究十分必要。文章以马氏体相变塑性为例,采用施加不同单轴载荷水平的热力循环实验确定材料相变塑性;通过对该过程热力循环变形和组织演化的分析,在考虑弹性应变、热应变、组织应变基础上,得到了材料相变塑性应变随温度和应力变化的定量关系式。研究结果为分析和研究钢铁材料焊接和热处理过程中复杂热力行为提供了方法。     

时间步长对淬火过程温度场和组织场模拟精度的影响

淬火过程是一个温度、相变、应力应变相互影响的高度非线性过程,在用有限元方法计算温度场和组织场时,极易造成数据振荡现象.本文针对淬火过程温度场的特点,为了尽量提高温度场和组织的计算精度,使用集中热容矩阵、网格细化和自适应时间步长的方法,编写了淬火过程有限元模拟程序,并提出了一种控制模拟时间步长的方法--基于最大和最小温差的自适应步长,该方法是用前一步模拟得到的温度场与当前步模拟所得的温度场的差值控制模拟时间步长.用编写的程序对轴对称零件进行有限元模拟,从模拟结果的对比中可以看出,基于最大和最小温差的自适应步长方法不但可以避免数据振荡和提高模拟精度,而且可缩短计算模拟的时间.     

A finite element solution of Steckel rolling using measured velocity boundary conditions

A numerical solution for plane strain Steckel rolling using an experimentally determined stress-strain curve and measured roll-work interface velocities is presented. The solution is based on rate formulation of the constitutive equations for an isotropic elastic plastic work hardening material with von Mises yield condition and on an incremental finite element analysis employing constant strain increment triangles. Interfacial velocities are measured and used as prescribed boundary conditions in the numerical model of the deformation process. Some predictions are presented such as distributions of normal pressure in the contact region of the roll and drawing stress. For several reductions, the drawing force compares favorably with experimental values.     

Finite element analysis of controlling the TC4 thin plate weldment wave-like deformation by welding with impacting rotation

The new technology of welding with impacting rotation is put forward to decrease the wave-like deformation of the TC4 thin plate weldment.The thermal stress and strain are vital to understand the mechanism of controlling the wave-like deformation.In order to know the development of internal thermal stress and strain,finite element method is utilized for the stress and strain are difficult to be investigated by experimental methods during the welding process.Temperature field,thermal stress evolution and distortion of thin plate are compared with the test results such as weld thermal cycle,residual stress sectioning measurement,and the deflection of the thin plate respectively.By the finite element analysis and test results verification,the mechanism of the technology to control the wave-like deformation is brought forward,non-uniform thermal elastic strain between compressive plastic region and elastic extensive region is diminished by a certain amount of extensive plastic deformation by welding with impacting rotation process.     

钛合金焊接热弹塑性应力应变过程全图

针对焊接冷却过程中是否有卸载发生这一问题展开讨论,采用数值模拟方法研究在移动热源情况下钛合金焊接应力应变发展过程,给出钛合金焊接热弹塑性应力应变过程全图的定量物理描述.结果表明,钛合金焊接冷却过程中有卸载发生;钛合金焊接热弹塑性应力应变过程全图由熔化区、压缩塑性区、拉伸塑性区、卸载区、受压弹性区五部分构成;在力学熔化区等温线内的拉伸塑性区的范围包括焊缝和近缝区,但在残余状态焊缝和近缝区均为卸载区.     

筒形件强力旋压变形机理的有限元分析

本文通过建立筒形件强力旋压的力学模型,运用三维弹塑性有限元对强力旋压过程进行了计算,得到了旋压过程的应力场和应变场分布。在此基础上,对筒形件强力旋压的变形机理进行了分析,并将计算结果与实测结果进行了比较,两者吻合较好     

焊接应力变形原理若干问题的探讨(二)

提出焊接残余应力形成和消除原理:焊接残余应力不是压缩塑性应变引起的,而是由于焊缝和近缝区金属在\     

关于焊接残余应力消除原理的探讨

介绍了机械拉伸法、温差拉伸法、滚压法和低应力无变形焊接技术消除应力原理的传统观点,认为焊接时焊缝产生压缩塑性变形,消除应力的原理在于用拉伸塑性变形抵消、补偿压缩塑性变形。本文提出新的应力应变发展过程,指出焊缝不存在压缩塑性变形,一直受拉伸,熔合线附近处于脆性温度时承受较大的纵向拉伸应变,随着远离熔合线,应变值陡降。焊缝消除应力的原理在于用塑性应变减少甚至抵消弹性应变,在一般情况下是用拉伸塑性应变减少甚至抵消拉伸弹性应变。本文还阐述了各种消除应力工艺的原理并很好地解释了横向液化裂纹分布在熔合线附近和裂纹很短的现象。