拉伸预应变对Q345R钢低周疲劳性能的影响研究

采用轴向应变控制法,在MTS809电液伺服疲劳试验机上,开展了拉伸预应变后的压力容器用钢Q345R的低周疲劳试验,获得了不同预应变下材料的循环响应特征、循环应力-应变关系以及疲劳寿命等低周疲劳试验数据。结果表明:预应变对疲劳寿命影响较大,对循环响应特征基本没有影响,但提高了应力幅。通过Hollomon公式和Manson-Coffin公式拟合疲劳试验数据,建立了疲劳寿命的预测公式,试验数据与拟合曲线基本吻合。裂纹快速扩展区及最后断裂区的面积均随预应变的变化而变化。     

薄壁槽钢零件辊弯成形边波产生机理及影响因素

薄壁槽钢零件辊弯成形容易出现边波,影响其成形质量。通过对U型薄壁槽钢零件辊弯成形过程进行正交有限元数值模拟,分析U型薄壁槽钢零件辊弯成形后的应力应变,研究了薄壁槽钢零件辊弯成形边波产生的机理,分析了零件材料的屈服强度σ_s、辊弯成形道次n、零件翼缘高度h和材料厚度t等因素对辊弯成形边波波动量Δy的影响。研究结果表明,边波产生的机理为零件翼缘部位各点产生了纵向应力和不可恢复的纵向塑性应变,且其大小沿翼缘长度方向(纵向)及高度方向均不相等;各因素对边波波动量Δy的影响程度依次为零件翼缘高度h材料厚度t屈服强度σ_s辊弯成形道次n,随屈服强度σs和材料厚度t的增加边波的波动量Δy减小,随零件翼缘高度h的增加边波波动量Δy增大,随辊弯成形道次n增加,波动量Δy先减小后增大。这为合理设计类似薄壁零件的辊弯成形工艺提供了指导。     

四辊预弯与连续滚弯成形的机理与试验分析

为提高预弯段的成形精度,建立了侧辊位移量与预弯段成形半径的四辊预弯数值模型。采用有限元软件分析了滚弯变形区应力应变场的演变规律、轧辊与板材间的摩擦力对滚弯成形的影响,以及多道次滚弯成形后,板材表面塑性应变场的变化规律。四辊多道次滚弯试验表明,四辊预弯数值模型和有限元模型的成形半径比试验结果小,误差分别为11.2%和6.3%;板材与轧辊间的摩擦力是导致预弯段成形半径小于连续滚弯段成形半径的重要原因;多道次滚弯加工后,预弯段成形半径相对于连续滚弯段成形半径的误差,由单道次滚弯加工时的7.3%降至1.7%,预弯段的成形精度得到有效提高。     

排辊成形底线参数对大口径焊管成形质量的影响

排辊成形底线形状会影响焊管成形质量,根据实际生产Φ508 mm焊管时的辊位参数建立排辊成形大变形有限元模型,依此辊位拟合出成形底线方程,并利用显式动力算法进行成形仿真。结果表明,此成形底线下预成形段板带边缘纵向应变不够均匀,辊位尚有优化空间。在此基础上,上、下调整成形底线,两次下调成形底线后得到较优辊位,并得到成形底线对预成形段板带边缘纵向应变和等效塑性应变的影响规律,即在预成形段,板带边缘在弯边辊和大压下辊处发生较大纵向应变,辊位下调使得预成形段板带边缘纵向应变趋于更均匀,但板带边缘等效塑性应变值变大。     

基于弯曲角度分配函数的辊弯成形研究

针对辊弯成形过程中因弯曲角度分配不合理出现的应变集中,从而引起扭曲、角部褶皱、边角裂纹和撕裂等缺陷,提出优化弯曲角度分配函数的辊弯成形工艺技术,即依据压型板的截面形状选择优化函数参数及确定成形道次。量化型材断面立边端部水平面的投影轨迹三次曲线,利用曲线函数对弯曲角度合理分配,研究板材在成形道次间的最大等效应变,同时研究了不同板材材料对辊弯产品的影响。通过理论模拟和实验验证最优弯曲角度分配函数。板材厚度为1. 0 mm时,6061铝合金成形道次间等效应变最大值比Q235钢低0. 04%,说明板材材料性能对辊弯成形过程有着重要影响。     

扭转预应变对Q345R钢低周疲劳性能影响的研究

采用轴向应变控制法、MTS809电液伺服疲劳试验机开展了扭转预应变后压力容器用Q345R钢的低周疲劳试验,获得了扭转预应变下材料的循环响应特征、应力-应变关系以及疲劳寿命等低周疲劳试验数据。根据应变-寿命曲线和塑性应变能-寿命曲线对试验钢的疲劳寿命进行了预测,两种方法预测结果一致。结果表明:扭转预应变对Q345R钢的疲劳寿命有明显的影响,但对其循环响应特征无明显影响,试验钢具有循环硬化特征。经过预扭转试件的裂纹扩展区出现韧窝,预扭转加速了裂纹扩展速率并增加了最后断裂区面积;而扩展区相应减小,这是预扭转导致疲劳寿命降低的原因。     

预应变时效对Ti-2.5Cu合金力学性能的影响

对固溶处理后的Ti-2.5Cu合金分别施加0.05、0.1、0.15、0.2的拉伸预应变,随后进行一次时效(400℃×24 h/AC)和二次时效处理(475℃×8 h/AC),研究了预应变时效处理对Ti-2.5Cu合金拉伸性能和低周疲劳性能的影响。结果表明:二次时效后析出的Ti_2Cu粒子尺寸较一次时效有了明显的长大;一次时效处理的合金强度随预应变量的增加而升高,而二次时效处理的合金强度随预应变量的增加先增加,当预应变量超过0.15后,开始下降;2种时效工艺处理的合金延伸率均保持在较高的水平。在考虑应变回复的基础上,建立了Ti-2.5Cu合金预应变时效的强度预测模型,其理论预测值与实验结果相吻合;一次时效和二次时效后的疲劳寿命相当,都表现为循环软化,疲劳裂纹以穿晶方式扩展。通过预应变时效处理可以提高Ti-2.5Cu合金的综合力学性能。     

下山法成形在辊弯成形中的应用

在辊弯成形过程中,板材纵向拉伸过大将引起许多缺陷,目前减少纵向应变的主要方法是增加成形道次。下山法成形是一种应用在管类产品成形中减小纵向拉伸的有效方法。以屋脊瓦为例,利用计算机辅助设计软件COPRA进行设计与仿真,将下山法应用在非管类产品的成形过程中。结果表明,与传统方法相比,运用下山法成形,材料在各道次间的纵向应变明显减小,能有效防止各类缺陷的产生。     

喷丸成形弹坑尺寸对2324铝合金疲劳性能的影响

定性和定量分析喷丸成形弹坑尺寸对 2324 铝合金疲劳性能的影响,研究改善喷丸成形零件疲劳性能的工艺方法。 采用白光干涉仪测试不同喷丸成形工艺下的弹坑尺寸,测试分析其对应的轴向拉伸疲劳寿命。 结果表明:喷丸能量越大,则弹丸深度(H)越大、弹坑直径(R)也越大,喷丸成形后再进行喷丸强化处理,则弹坑直径增大 19%,弹坑深度减小 58%。 喷丸成形引入深弹坑使疲劳裂纹源过早的形成和发展,造成预拉伸处理的喷丸成形上限试样疲劳寿命降低 61%,成形上限+喷丸强化试样疲劳寿命比仅喷丸成形试样提高 140%。 H/ R 值与机械加工状态试样平均疲劳寿命(L0 ) / 喷丸状态试样平均疲劳寿命(L)值呈现较好地线性关系,说明 H/ R 值可较好的表征喷丸成形造成的表面应力集中程度。     

SUS321不锈钢波纹管液压成形组织演变和疲劳性能

为了探究汽车排气系统波纹管的疲劳寿命影响机理，基于ABAQUS软件建立了某型号汽车波纹管液压成形和静力学分析有限元模型，通过扫描电子显微镜、X射线衍射等测试手段研究了不同特征区成形后的组织演变机理。由于波纹管高周疲劳试验条件的局限性，采用预应变模拟法实现了波谷区的高周疲劳加载。有限元结果表明，成形后波谷处真应变为0.03～0.10,波峰处为0.20～0.29,轴向拉伸、周向扭转和横向弯曲3种实际工况条件下的应力集中都在波谷处。物理试验结果表明，液压成形后不同特征区形变诱导马氏体相变程度随应变上升不断增强，TiN轴比先变大后又由于发生破碎进而降低。通过对比0.1预应变试样和波谷试样的组织形貌差异验证了物理模拟试验的有效性。高周疲劳试验结果显示，成形带来的亚稳态奥氏体含量降低和TiN伸长对波谷区疲劳性能有较大损害。     

预弯曲变形和退火工艺对双相高强钢FB590疲劳性能的影响

开展了汽车底盘部件典型材料双相高强钢FB590在预弯曲变形和退火工艺下的拉伸试验和疲劳试验研究，采用宏观和微观分析方法阐释了力学性能和疲劳性能的变化规律，并基于塑性应变能法建立了疲劳寿命预测模型。结果表明，预弯曲变形产生的冷作硬化和位错强化导致材料的强度提升以及伸长率下降，从而提高了双相高强钢FB590的低周疲劳性能，降低了其高周疲劳性能。经过退火处理后，消除了预弯曲变形产生的残余应力，试样具有优异的高周疲劳性能。疲劳断口分析发现，双相高强钢FB590呈现典型的疲劳断裂模式，预弯曲试样瞬断区的韧窝数量减少，使材料的延性下降，且经退火处理后未见明显改善。采用疲劳寿命预测模型计算的试样预测寿命和对应的试验数据都落在2倍分散带内，表明模型预测效果较好。     

四辊卷板棱角度现象的原因分析及控制方案

探讨了四辊卷板机在卷制板材后成形筒体产生棱角度的原因,以弹塑性双线性硬化模型作为基础理论,推导出板材的应力-应变关系。考虑了板材滚弯过程中的夹点偏移与曲率变化,对板材预弯与卷制过程分别建模,得到板材成形半径与侧辊进给量的计算公式。基于预弯模型计算板材的预弯移动距离,在此基础上进行试验,根据试验结果分析了板材的棱角度现象。结果表明:轴辊轧碾方向、侧辊进给量、预弯段距离和上下轴辊直径是影响筒体棱角度的主要因素;通过精确计算预弯时的侧辊进给量并调节预弯移动距离,可以有效控制因板材预弯不准产生的棱角度现象。     

动态应变时效对316L不锈钢疲劳蠕变行为的影响

对热轧态和动态应变时效预变形态的316L奥氏体不锈钢进行了550℃下不同加载水平的疲劳蠕变实验.与热轧态相比,在应力控制的疲劳蠕变循环过程中,动态应变时效表现为位移的突然阶跃现象;动态应变时效预变形处理能有效地减小材料的循环应变幅度,提高材料的强度,推迟材料中出现位移阶跃现象的循环周次,延长材料的疲劳蠕变寿命.     

定模动辊变截面辊弯成形有限元分析

基于ABAQUS/Explicit显示动力模块对DP980高强钢定模动辊变截面辊弯成形建立有限元模型,分析板材成形后的等效应力、等效塑性应变及截面厚度的分布特点,并进行安全校核。获得了轧辊成形力与板材的回弹量,为轧辊设计提供了依据。通过实验验证了定模动辊变截面辊弯成形工艺的可行性及有限元分析结果的可靠性。     

考虑成形与循环滞后的波纹管疲劳寿命研究

为提高波纹管疲劳寿命计算精度,建立了一种综合考虑成形影响和材料循环特性的波纹管疲劳寿命计算有限元模型。基于ABAQUS平台计算获得了波纹管成形后的实际轮廓和壁厚,利用FE-safe软件提取了材料稳态循环滞后应力应变曲线,计算出波纹管疲劳寿命,并与理论计算值、理想模型结果和实验结果进行了对比。结果表明：考虑成形与循环滞后影响的波纹管疲劳寿命仿真模型可以有效提高计算精度,其与实验结果误差在12%以内;理想模型误差范围为14%～62%;理论计算值结果误差最大。     

预应变和应变速率对HC340LA低合金高强钢力学性能的影响

对HC340LA低合金高强钢板分别施加5%、10%、15%的拉伸预应变,通过准静态和冲击拉伸实验,获得不同应变率下、不同预应变量试样的应力-应变曲线。实验结果表明,HC340LA高强钢对预应变和应变速率敏感,流动应力随着预应变量和应变率的提高而增大。在超过600s-1的高应变速率下,绝热温升效应使材料发生软化,不同预应变量下的材料随应变率的提高延塑性增大。分别基于流动应力模型和Johnson-Cook本构模型拟合实验数据,确立了各种状态下的本构关系。该研究可为考虑成形历史的汽车零部件的碰撞仿真提供可靠的原始数据。     

预应变和应变速率对HC340LA低合金高强钢力学性能的影响

对HC340LA低合金高强钢板分别施加5%、10%、15%的拉伸预应变,通过准静态和冲击拉伸实验,获得不同应变率下、不同预应变量试样的应力-应变曲线。实验结果表明,HC340LA高强钢对预应变和应变速率敏感,流动应力随着预应变量和应变率的提高而增大。在超过600s-1的高应变速率下,绝热温升效应使材料发生软化,不同预应变量下的材料随应变率的提高延塑性增大。分别基于流动应力模型和Johnson-Cook本构模型拟合实验数据,确立了各种状态下的本构关系。该研究可为考虑成形历史的汽车零部件的碰撞仿真提供可靠的原始数据。     

TA2纯钛板辊弯成形回弹显微机理分析

对TA2纯钛板辊弯成形回弹显微机理进行了系统研究，采用辊弯成形工艺对TA2纯钛板进行了单道次及多道次不同设计角度的冷变形加工。首先，研究了不同设计角度辊弯成形板材的回弹规律，其次，利用显微硬度计测试了辊弯成形样品的显微硬度变化，最后，通过电子背散射衍射实验研究了TA2辊弯成形板材的显微组织、织构和取向差的演变规律。结果表明，在单道次辊弯成形实验中，随着设计角度的增大，回弹逐渐减小，显微硬度逐渐增大，主要原因是孪生参与协调塑性变形，织构强度逐渐增大，变形量增大导致位错密度降低。在终设计角度为30°的辊弯成形实验中，随着道次数的增加，回弹逐渐增大，而显微硬度逐渐降低，孪生现象消失，织构强度逐渐降低，位错密度逐渐增大，这是由变形量递增，反复加载卸载后通过位错滑移产生的弹性回复逐渐增大导致的，这是由辊弯成形所特有的工艺特点决定的。     

阳极板多道次辊弯成形过程数值模拟

利用有限元软件MAC.MARC,根据按辊弯成形工艺建立的辊花图,对阳极板多道次辊弯成形过程进行了数值模拟。基于动力显示算法,采用刚性辊轮沿板材长度方向运动的方式建立了阳极板多道次辊弯成形有限元模型。分析了成形过程中阳极板的Y向位移、等效应力与等效塑性应变的变化,重点研究了板材成形时等效塑性应变在弯曲角处的变化。结果表明,等效塑性应变的极值主要出现在当前道次所成形的弯曲角位置,且随成形弯曲角度的增大而增大。     

预变形对AZ31B镁合金循环变形和疲劳行为的影响

通过小应变幅值预循环变形和预压缩变形对挤压态AZ31B合金分别引入了大量位错和孪晶,研究了预变形对AZ31B合金单向变形行为、循环变形行为和疲劳寿命的影响。结果表明:预循环变形能提高单向拉伸屈服强度,对大应变幅值下的疲劳性能几乎没有影响,但在小应变幅值下出现明显的硬化现象,疲劳性能明显下降。预压缩降低了单向拉伸屈服强度,对大应变幅值下的疲劳性能无显著影响,而在小应变幅值下会增大塑性应变能密度,减少疲劳寿命。