6061铝合金的动态拉伸性能及其本构模型

在0.08,35,110,210,550s~(-1)的应变速率下对6061铝合金进行单轴拉伸试验,对其动态拉伸性能进行研究,得到不同应变速率下的真应力-真应变曲线;基于Johnson-Cook本构模型,建立该铝合金的塑性变形本构模型,并对该模型进行了验证。结果表明:随着应变速率增加,6061铝合金的屈服强度增大,断后伸长率降低,但其断裂强度则未发生明显变化;建立的本构模型能够很好地描述6061铝合金在塑性变形过程中流变应力的变化。     

6061-T6铝合金断裂应变与应力三轴度关系研究

研究材料断裂应变与应力三轴度的关系,从而建立其断裂失效模型,对分析6061-T6铝合金断裂失效过程具有重要理论意义和应用价值。分别借助数字图像相关(DIC)测量技术和Abaqus软件对6061-T6铝合金光滑圆棒试件与缺口圆棒试件准静态拉伸过程进行试验和数值模拟,基于所得结果对后者应力三轴度进行分析和修正,从而得到Johnson-Cook(J-C)失效模型的部分材料参数,并建立了6061-T6铝合金断裂应变与应力三轴度的关系模型。将建立的失效模型输入到Abaqus中进行断裂数值模拟,模拟结果与试验结果基本一致,验证了失效模型的正确性。研究表明:6061-T6铝合金的断裂应变随应力三轴度的增加而减小;采用J-C失效模型可以较好的描述6061-T6铝合金在不同应力三轴度下的断裂失效行为。     

6063铝合金本构模型及其有限元仿真

通过6063铝合金单轴拉伸试验,获得了该材料的真实应力自然应变曲线。然后,建立了分析用6063铝合金的两种本构模型,用此模型模拟了试样单轴拉伸过程。最后,通过对比仿真结果与试验结果,分析模型的准确性。     

6061铝合金在多向锻造过程中显微组织与拉伸性能的演变

采用有限元模拟方法对250~350℃始锻温度下6061铝合金的多向锻造工艺进行模拟,得到了最优的多向锻造工艺,并通过显微组织观察和拉伸性能测试对模拟结果进行验证。结果表明:有限元模拟得到6061铝合金多向锻造工艺的最优始锻温度为300℃;在最优始锻温度下,经过4次循环多向锻造后,6061铝合金发生了完全的动态再结晶,晶粒高度细化且均匀分布,部分晶粒尺寸小于1μm,6061铝合金获得超细晶组织;6061铝合金的拉伸性能得到显著提高,抗拉强度由锻造前的265.33 MPa增加到344.74MPa,断后伸长率略有下降。     

6061-T6铝合金薄板剪切试件设计及动态剪切力学特性分析

车身结构影响了整车的碰撞安全性,其中车身承载部件在碰撞过程中主要表现为剪切失效,因此需要对车身材料的动态剪切力学特性展开研究。为了描述6061-T6铝合金材料在复杂工况下的力学特性,进行了准静态和动态力学性能试验。基于不同应力状态和应变率下铝合金力学性能的测试数据,标定了材料的本构模型和断裂模型参数,并通过对比试验与仿真结果验证了材料参数的准确性。为了实现拉伸试验机开展铝合金薄板剪切试验,设计四种形状的薄板剪切试件,采用数值模拟对比所设计剪切试件的应力及应变分布,并分析不同剪切应变率对6061-T6铝合金材料剪切力学特性的影响规律。结果表明：圆形开口对称试件适用于研究塑性变形阶段的失效断裂,而圆形开口偏置试件适用于研究弹性变形阶段的应力应变关系。在低剪切应变率范围内,6061-T6铝合金无显著的应变率强化效应,然而随着应变率的增加敏感性有所提高。     

热挤压对粉末冶金6061铝合金显微组织和抗拉强度的影响

为提高粉末冶金制备6061铝合金的致密性和力学性能,对粉末冶金烧结态的6061铝合金进行了热挤压处理,研究了热挤压对6061铝合金显微组织和抗拉强度的影响。结果表明:烧结态铝合金组织为均匀分布的等轴晶,热挤态铝合金的晶粒呈带状分布,晶粒尺寸变小;烧结态铝合金的相对密度为96.67%,经热挤压后铝合金的相对密度提高到了98.14%;铝合金经过热挤压后,抗拉强度由112 MPa提高到了248 MPa;烧结态铝合金的断裂形式为韧性断裂,热挤压后铝合金的断裂形式为韧性断裂和沿晶断裂的混合型断裂。     

铝合金焊接结构力学性能试验研究

以铝合金焊接结构为研究对象,通过力学试验与有限元分析方法对焊接结构性能进行研究.选择5083、6061、6063、6082四种铝合金材料,采用TIG焊接方法对铝合金结构进行焊接,通过拉伸和硬度试验以及有限元分析方法,对四种铝合金材料、Ⅰ型坡口和Ⅴ型坡口、ER5356与ER5087焊丝、单面搭接和双面搭接连接方式等材料及...     

含缺陷铝合金厚板预拉伸断裂研究

由于材料中存在空洞等缺陷,铝合金厚板在预拉伸过程中易发生断裂,对拉伸设备造成损伤。基于GTN损伤本构方程,建立铝合金板预拉伸断裂模型。基于小试件拉伸断裂试验测试结合数值模拟,确定GTN损伤本构参数,对五种典型厚度铝合金板预拉伸断裂进行研究。计算铝合金板断裂过程中的应力应变及损伤变量的变化规律,并将表面位置和断裂截面位置处的各变量进行对比。结果表明,随着拉伸率的增大,铝合金板由平面应力状态变为应变集中,其部位由正中心位置向边缘偏移,空洞体积分数最大值也由正中心位置转移到应变集中处;随厚度增加断裂应变略有降低,且受初始空洞体积分数的影响较大。通过对不同厚度、不同拉伸率的铝合金板预拉伸分析,得到初始空洞体积分数和初始缺陷尺寸随厚度变化规律。     

航空铝合金薄壁件铣削变形预测研究

铝合金比强度较高,广泛应用于航空航天、精密仪器和武器等行业,这些行业的零件多是薄壁件,其刚度较差,加工过程中易产生变形而使加工精度降低。为提高薄壁零件加工精度,需对其加工过程中的变形量精确预测。基于此,以J-C本构方程为基础,考虑材料热力学动态性能和断裂准则对铣削变形的影响,建立薄壁零件铣削变形量预测模型。利用UG软件建立铝合金7050-T7451薄壁特征工件。利用Deform-3D对材料本构模型、切屑分离和切屑断裂等进行描述,形成铣削加工有限元模型,对铣削变形量进行预测。进行薄壁件铣削试验,对比仿真预测结果与实验测量结果,证明了预测模型的可行性。     

动力蓄电池包挤压失效仿真与实验

为提高动力蓄电池包挤压仿真的精度,将延性损伤准则引入到有限元仿真,通过单轴拉伸试验、纯剪切试验与缺口件拉伸试验与有限元仿真,获得了某动力蓄电池包结构所用材料6061-T6铝合金的延性损伤参数。型材三点弯曲试验、动力蓄电池包挤压试验与有限元仿真的结果表明：输入延性损伤参数的有限元仿真结果与试验结果误差小,能较为准确地模拟铝合金损伤对结构承载性能的影响;不考虑材料失效的结果与试验结果误差较大。     

基于循环拉-压试验的混合硬化模型参数确定及模型应用

材料弹塑性本构模型是影响有限元模拟精度的最重要因素,混合硬化本构模型能较准确表现材料塑性变形过程真实硬化特征,而本构模型中材料特性相关参数是否准确直接影响到有限元模拟的精度。基于Hill48各向异性屈服准则,结合Voce各向同性硬化模型和Armstrong-Frederic非线性随动硬化模型,建立一个考虑材料各向异性和Bauschinger效应的混合硬化弹塑性本构模型。通过循环拉伸-压缩试验,获得DC54D+ZF镀锌板的循环变形应力-应变曲线,并利用通用全局优化算法,根据单向应力状态混合硬化本构方程,准确地确定了混合硬化模型中的材料特性参数。最后,使用ABAQUS有限元软件对板材循环拉伸-压缩问题和板材过拉深筋问题进行该本构模型的适用性分析,验证了所建立的各向异性混合硬化材料本构模型的可靠性和精确性。循环拉伸-压缩试验是直接准确地获得本构模型材料参数的有效方法。     

基于Lou-2013韧性断裂准则5182铝板成形极限研究

以Lou-2013韧性断裂准则为理论基础研究5182铝合金板材的韧性断裂力学性能,设计圆孔试件、平面应变试件和平面剪切试件的拉伸试验来获取准则中的材料参数。通过该准则确定"断裂应变?应力三轴度"曲线,为ABAQUS软件中的韧性损伤材料模型提供损伤判据,构建5182铝合金板材的韧性损伤仿真模型。利用此模型对上述三个试件的拉伸过程,以及半球形凸模胀形试验过程进行有限元仿真,并通过数据分析绘制基础拉伸试验与半球形凸模胀形仿真相结合的5182铝合金板材成形极限图。试验与仿真表明,所建立的有限元材料模型能够准确地再现三种试件的力程曲线和断裂特征;通过基础拉伸试验与半球形凸模胀形仿真相结合求解出的成形极限图包含两条曲线:损伤成形极限曲线(Damageforminglimitcurve,Damage FLC)和断裂成形极限曲线(Fracture FLC)。与成形极限试验数据对比表明,采用Damage FLC判定板材破裂失稳偏于安全,为实测成形极限数值的下限,而采用Fracture FLC判定则偏于危险。     

铝合金薄壁方管轴向冲击变形及断裂行为研究

对6016铝合金进行单向拉伸试验,分析不同应变速率对铝合金力学性能的影响,建立了6016铝合金Johnson-Cook本构模型及其断裂应变模型,并对铝合金薄壁方管轴向冲击载荷下的吸能特性进行分析,研究铝合金方管的壁厚、长度和冲击速度对其吸能特性的综合影响。结果表明,铝合金流动应力对应变率敏感性较低,但断裂应变对应变率具有一定的敏感性。在轴向冲击载荷下,铝合金薄壁方管出现渐进屈曲变形,具有较好的吸能特性。但随着厚度、长度和冲击速度的增加,铝合金方管容易出现混合变形模式,吸能特性有所降低。     

6061-T651铝合金动态力学性能及J-C本构模型的修正

为合理描述6061-T651铝合金的应力流动行为,利用万能材料试验机和霍普金森压杆,分别进行准静态、高温和高应变率下的材料力学性能测试,获得材料在不同条件下的应力应变曲线。基于试验结果,修正Johnson-Cook本构模型得到MJC(Modified Johnson-Cook)模型,并标定MJC模型各项参数。为校验MJC模型及参数的有效性,利用一级气炮发射直径为5.95 mm的圆柱弹体冲击刚性靶的Taylor杆试验以及直径为12.68 mm的刚性弹撞击厚度为2 mm靶板的试验。最后,采用ABAQUS/Explicit有限元软件建立Taylor杆和弹靶冲击试验的三维模型,基于MJC本构模型进行Taylor杆冲击、以及结合MMC(Modified Mohr-Coulomb)断裂准则进行弹靶冲击的数值模拟计算。研究结果表明,修正的MJC本构模型能够有效地描述6061-T651铝合金材料在大应变、高应变率和高温下材料的应力流动行为和变形行为。     

环形丁腈橡胶件静刚度的有限元模拟

对矩形丁腈橡胶件进行静态拉伸试验,通过对试验得到的应力、应变数据进行拟合,得到了Mooney-Rivlin超弹性本构模型参数,利用此本构模型对环形丁腈橡胶件进行静压缩有限元模拟,进行了试验验证,并分析了环形丁腈橡胶件的壁厚、外径以及温度对其静刚度的影响。结果表明：通过有限元方法模拟得到矩形丁腈橡胶件静态拉伸大变形阶段的力-位移曲线与试验结果相吻合,相对误差小于5%,表明Mooney-Rivlin超弹性本构模型可准确描述丁腈橡胶的超弹性特性;环形丁腈橡胶件静刚度的有限元模拟结果与压缩试验结果的相对误差为13.1%,证明了该有限元方法的准确性;随着壁厚或外径的增加,环形丁腈橡胶件的静刚度减小;随着温度的升高,静刚度减小,但减小速率逐渐降低。     

CR1500HF热成形钢U形件不同位置的高速拉伸性能及其有限元模拟

在CR1500HF热成形钢U形件不同位置取样,进行应变速率在1～500 s-1的拉伸试验,研究了不同位置拉伸性能的差异和应变速率对热压成形件拉伸性能的影响;建立材料拉伸有限元模型,模拟分析了该钢的高速拉伸性能和拉伸试样加持端应力分布.结果表明:该热压成形U形件侧壁位置的抗拉强度和屈服强度低于法兰和底部位置,在进行碰撞分析时需考虑部分位置因冷却不足强度降低的影响;随着应变速率的增加,U形件不同位置的屈服强度和抗拉强度均增大;由拉伸有限元模型模拟得到的真应力-真塑性应变曲线与combined S-H本构模型拟合得到的曲线吻合较好,应变速率1,500 s-1下真应力均方根误差分别为19.98,39.48 MPa;高速拉伸过程中拉伸试样夹持端大部分处于弹性变形阶段,应变片粘贴位置距试样圆弧处的距离应大于19 mm.     

橡胶波形发生器材料本构模型有限元仿真及试验研究

通过橡胶试件的拉伸、压缩试验,得出了两种硬度橡胶材料的应力-应变关系;建立两种硬度橡胶波形发生器的有限元模型,分别施加18 kN和28 kN的载荷,得到了采用不同本构模型的最大静态变形量及静态刚度;进行实物试验,并将有限元仿真结果与实物试验结果对比.研究表明:Arruda-Boyce模型相对误差最小,Van der Waals模型相对误差最大.     

基于韧性断裂准则用有限元方法预测镍涂层薄钢板的成形极限

首先通过拉伸试验,得到了镍涂层薄钢板和低碳钢薄板的材料参数,然后利用有限元软件Abaqus/Explicit对镍涂层薄钢板的冲压成形过程进行了有限元模拟,得到了涂层和基体在冲压变形过程中的应力、应变以及断裂的初始位置及厚度分布,并通过Oyane韧性断裂准则预测了镍涂层薄钢板的成形极限;并将韧性断裂准则的理论计算、试验结果与有限元计算结果进行对比。结果表明:Oyane韧性断裂准则能够较好地预测镍涂层薄板的成形极限和失效的初始位置,预测值与试验值相差较小。     

基于BCJ本构模型的高速切削过程数值模拟

在高速切削过程数值模拟中,材料本构模型影响着数值计算精度。基于有限元软件Abaqus平台,引入基于位错动力学的BCJ本构模型,实现铝合金高速切削过程更为精确计算。研究了BCJ本构模型嵌入Abaqus的关键技术及其高速切削过程有限元模型建立方法,完成了铝合金6061-T6直角高速切削过程模拟,对比分析了基于BCJ本构模型和JC本构模型的差异。结果表明,数值计算结果与文献数据具有良好的一致性,BCJ模型能够更全面准确地描述高速切削过程中材料的动态性能,进而说明文中基于BCJ本构模型的高速切削数值计算是可靠的。     

金属剪切旋压成形时的韧性断裂准则

破裂是剪切旋压时最主要的失效形式。为实现对剪切旋压时破裂的精确预测,根据剪切旋压成形时变形区材料的受力特点,提出对基于材料压缩变形塑性本构模型的Oyane准则进行研究。以DP600高强钢为研究对象,通过ABAQUS软件的VUSDFLD子程序二次开发,将Oyane准则耦合到剪切旋压有限元模型进行断裂损伤的计算及断裂阈值的判断。通过椭球形芯模旋压试验对断裂预测结果进行验证。结果表明,基于Oyane准则模拟得到的断裂危险位置位于已变形区靠近变形区处并沿着切向均匀分布,与试验结果的分布规律一致;但基于模拟所得到的极限减薄率与试验结果之间的相对误差达到33.8%。在Oyane准则的基础上,通过考虑平均应力和最大剪切应力对韧性损伤过程的影响,构建出适用于剪切旋压成形的修正韧性断裂准则。结果表明,采用修正后的韧性断裂准则,模拟得到的极限减薄率与试验结果的相对误差仅为15.9%;与Oyane韧性断裂准则相比,相对误差减小了17.9%。获得适用于剪切旋压时的韧性断裂准则,为金属剪切旋压成形破裂的精确预测奠定理论基础。