WSTi3515S钛合金超塑性拉伸变形行为的多尺度模拟

金属材料在塑性变形过程中存在多尺度效应,而多尺度建模仿真是研究多尺度效应的一种有效方法。基于动态再结晶热黏塑性本构理论,对WSTi3515S阻燃钛合金的拉伸变形行为进行仿真模拟,建立相应的多尺度模型,研究变形过程中材料的宏观力学响应和微观应力分布。结果表明:宏观拉伸模拟获得的应力-应变曲线与试验结果吻合;多晶集合模型体积单元,其整体响应与宏观试样微区的行为吻合较好;在变形过程中,应力-应变分布均从中心区向四周扩展,且在高温低应变速率下,应力-应变分布更均匀;随着应变增大,变形局部化由于应力的相互牵制而松弛,应力集中被有效缓解,使变形持续进行,从而获得较好的塑性。     

冲击载荷下混凝土动力本构模型试验研究

为了研究混凝土的动力本构关系,利用100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对混凝土进行冲击压缩试验,得到了动态应力-应变曲线,对试验数据进行了分析。根据试验结果,在一种静态本构模型-Ottosen非线弹性模型的基础上,考虑了应变率强化效应和损伤软化效应的影响并进行了修正,建立了混凝土损伤型的动态本构模型,确定参数并将理论模型计算结果与试验结果进行了对比。研究表明,混凝土的动力性能存在明显的应变率强化效应,动态强度增长因子和峰值应变与应变率对数之间存在近似函数关系;建立模型的方法是可行的,理论模型计算结果与试验结果吻合较好,建立的本构模型可用来描述混凝土的动态力学行为,并能为混凝土类材料动力本构关系的进一步研究和工程应用提供参考依据。     

刀—屑摩擦对斜角切削切屑流动特性影响的仿真研究

采用显式有限元程序,对不同刀—屑摩擦系数时的斜角切削过程进行三维仿真实验,研究切屑在前刀面上的流动特性,刀—屑摩擦对切屑流动方向和螺旋卷曲半径的影响规律和作用机理。结果表明,斜角切削时,切屑从切削刃处以倾斜方向流出,然后沿前刀面产生侧向弯曲,因此切屑流出速度方向与刀刃法向的夹角逐渐增大;当切屑与前刀面分离后,形成螺旋卷屑排出。刀—屑间摩擦力的分布情况是引起切屑在前刀面上产生侧向弯曲的主要原因。随着刀—屑摩擦系数的增大,切屑在前刀面上侧向弯曲曲率减小,而切屑螺旋卷曲半径增大。而且,刀具前角越小,刀—屑摩擦对切屑流动特性的影响越大。     

纳米尺度切削单晶锗裂纹萌生研究

为提高单晶锗表面加工质量,抑制裂纹产生,采用分子动力学仿真方法,模拟不同切削深度、不同刀尖圆弧半径和不同刀具前角下单晶锗的切削过程,分析切削过程中裂纹萌生的原因及影响因素,提出突出变形区域,计算该区域附近应力变化,并用刻划试验对仿真结果进行验证。结果表明:当切削深度一定时,出现突出变形区,且该区域的原子间距变大,原子堆积体积膨胀,与切削方向垂直的竖直方向为拉伸应力,在其作用下,突出变形区附近的材料产生微小裂纹,形成裂纹萌生区。其他切削条件不变,适当增大刀尖圆弧半径和刀具的负前角有助于抑制突出变形区的产生,减小竖直方向的拉应力,抑制微裂纹萌生。     

一种自紧厚壁圆筒非线性混合硬化模型及残余应力分析

为准确地计算自紧身管强度及疲劳寿命,建立一种能反映其非线性应力与应变关系和包辛格效应等性能的材料本构模型,用以提高残余应力计算精度。基于非线性随动硬化模型,建立一种适用于表征自紧身管力学性能的非线性混合硬化模型,通过数值计算可获得残余应力分布情况;为提高数值计算的收敛速度,结合所建立的材料本构模型和各参量间的弹塑性关系,推导了与本构模型密切相关的一致切线刚度矩阵;为验证该本构模型的正确性,综合运用拉压试验和优化算法确定材料参数,进行了自紧身管残余应力有限元数值计算及分析。结果表明：数值计算的残余应力分布曲线与试验数据基本吻合;建立的炮钢本构关系模型能真实反映自紧厚壁圆筒的残余应力分布情况。     

软取向AZ80+0.4％Ce镁合金热拉伸变形行为研究

借助万能材料试验机、光学显微镜和扫描电镜,研究软取向AZ80+0.4%Ce镁合金挤压板材在变形温度为300~420℃、应变速率为0.000 5~0.5 s-1条件下的热拉伸变形行为。结果表明:随温度的升高流变应力逐渐下降,晶体内孪晶逐渐消失,动态再结晶增强;随应变速率的增加流变应力增大,晶粒尺寸减小。由断口分析可知:随着温度的升高、应变速率的降低,韧窝数量逐渐变少且深度变得越来越深,合金表现出较好的塑性变形行为。根据Arrhenius本构关系模型,建立AZ80+0.4%Ce镁合金的流变应力本构模型,峰值应力的试验值与计算值的相对误差仅为5.793%。     

金属材料在高应变率下的热粘塑性本构模型

提出了一种考虑应变强化、应变率强化、热软化效应及材料损伤的本构模型,通过在Johnson-Cook热粘塑性本构关系中增加一个随应变增大应力减速小的软化项,反映材料的损伤.该模型可以很好地预测材料的整个变形过程,同时提供了一个确定软化项系数的简单方法.     

钻削TC4钛合金薄壁件时钻削力的仿真研究

为提高钛合金TC4的可钻削性、减小对刀具的磨损,利用有限元分析软件ABAQUS对TC4钛合金薄壁件钻削加工过程进行动态仿真,获得钻削加工过程中钻削力的变化特征以及钻削参数对钻削力的影响规律,并分析应力的分布规律。仿真结果表明:在钻削厚度小于钻尖高度的薄壁件时,在钻头主切削刃与副切削刃的交点切入工件时钻削轴向力和扭矩达到最大;钻削轴向力和扭矩随着主轴转速和进给量的增大而增大,且转速和进给量越大,这种变化越明显;钻削时的最大应力分布在横刃和主切削刃与工件的接触部位。     

7A52铝合金Johnson-Cook本构模型的有限元模拟

为探究7A52铝合金的流动应力变化规律,在材料拉伸试验数据基础上,建立Johnson-Cook本构模型。利用有限元软件AQAQUS,模拟7A52铝合金在温度为25~400℃、应变率为0.1~10 000 s~(-1)的准静态和动态拉伸试验。结果表明:温度和应变率都会影响7A52铝合金的流动应力,但对温度的敏感性较大,对应变率敏感性较小;流动应力随着温度的升高而减小;流动应力随着应变率的增加而增大,尤其在应变率高于1 000 s~(-1)时影响更加明显。所建有限元模型结果与试验结果吻合较好,证明该Johnson-Cook本构模型能够在一定温度和应变率范围内预测7A52铝合金的流动应力。     

海绵橡胶非线性静动态力学特性和本构关系

针对海绵橡胶的物理特性展开了准静态单轴压缩实验和分离式Hopkinson压杆动态压缩实验,得到海绵橡胶材料的应力-应变曲线,并对材料的应变率效应及材料的变形和破坏特性进行深入分析,在此基础上给出材料的动静态本构关系。结果表明：海绵橡胶材料在准静态加载下,应变大于0.3时,应力-应变曲线才开始偏离坐标轴,表现出非线性特征;在冲击载荷下,海绵橡胶的应变率效应并不明显。     

TC4钛合金动态本构模型与高速切削有限元模拟

利用SHPB实验装置,测试TC4钛合金在20～600℃、应变率为103～104s-1下的流动应力和应变的关系,应用自适应遗传算法(GA)优化建立适合高速切削模拟的Johnson-Cook(JC)热粘塑性本构模型,该模型可在较高温度和较宽应变率范围内精确预测TC4的流动应力。以所建的Johnson-Cook模型为材料本构模型,应用大型商用有限元软件ABAQUS,并使用切屑分离准则,建立高速正交切削有限元模型。将模拟结果与高速正交车削的实验数据进行比较,证实本构模型和有限元模拟的正确性。     

碳纤维复合材料的切削加工工艺

进行碳纤维复合材料切削加工时，易产生各种加工缺陷，刀具磨损快，尺寸控制困难，本文通过对碳纤维复合材料的切削；切割等加工工艺的研究，对各种切削刀具的材料、几何角度提出了建议，并推荐了相应的工艺参数。     

炸药切削过程中切削力的数值模拟方法研究

PBX炸药在武器中有广泛的应用，由于其钝感性，可以通过机械加工的手段将其加工成所需形状；但是，从保证炸药车削加工安全的角度出发，研究炸药切削加工过程中力的大小与分布十分重要，本文根据PBX炸药材料的力学性能实验和切削实验的结果，采用有限元显式侵彻算法，研究适合炸药材料特点的弹塑性本构关系和等效应力的失效准则，模拟炸药切削过程；利用干切实验的结果，对数值模拟模型进行了修正和完善，切削合力的计算曲线与实验结果比较接近，随不同切削参数的变化趋势与实验基本一致，从而证明了此模拟方法是可行的。     

TC4合金切削有限元模拟动态本构模型的建立

用多元函数的下山单纯形法对切削实验所得Johnson-Cook模型中的5个参数进行优化,并应用大型商用有限元软件Marc,建立高速切削有限元模型,通过有限元迭代分析,得到较高精度的高速切削Johnson-Cook本构方程,经验证,该本构方程可以大大提高模拟计算的精度。     

Gleeble3500热模拟试验构建本构方程的速率及温度修正研究

利用Gleeble3500热模拟试验机进行材料的高速(应变速率大于1 s-1)试验时,由于采用的stroke模式导致速率偏离目标速率以及塑性功转化热在短时间内散发不出去,使试样温度偏离设置温度、材料变形偏离目标变形条件。为构建材料真实变形条件下的本构方程,通过分析速率及温升与应变之间的关系,在传统本构方程的基础上构建了带有速率修正和温度弹跳的本构方程模型。结果表明,修正后的本构方程具有较高的预测精度。     

单颗立方氮化硼磨粒切削特性及工件材料变形行为的微观力学分析

为了解决有限元法模拟切屑分离时的网格束缚问题,采用有限元法和光滑粒子流体动力学（SPH）法的耦合方法进行了单颗立方氮化硼（CBN）磨粒切削过程的微观力学仿真。通过CBN磨粒与工件材料的应力变化与分布情况以及切削层SPH粒子的运动情况,从微观角度分析了单颗CBN磨粒的切削成屑机理,并分析了CBN磨粒的几何特征对工件材料切削变形的影响;采用陶瓷CBN砂轮贴片样块进行了磨粒划擦实验,结果表明：磨粒的推挤使工件材料发生塑性变形,沿磨粒的前方及两侧隆起,并最终于磨粒的前方流出而形成磨屑;磨刃前角增大,剪切角随之增大,导致磨粒的耕犁作用减弱而切削作用增强。磨粒刃边强度低、接触应力大,磨损速率较快,易于发生磨耗及微破碎磨损而使磨粒钝化。     

锻压镁合金材料端面高速铣削过程中切削力特征规律分析

在切削速度471～2 356 m／min内,综合应用析因试验设计与均匀试验设计,对镁合金进行了高速铣削试验。在分析其切削力特征规律的基础上,建立了高速切削难加工材料工艺中切削力与背吃刀量、每齿进给量和切削速度之间的数学模型。试验结果表明：高速切削镁合金材料时,切削速度和每齿进给量之间的交互作用对切削力有显著影响;切削力与切削用量间存在非线性特征规律;切削用量对切削力的影响效应随切削用量的变化而发生改变。     

钨合金内部应力场的数值模拟

对钨合金材料内部应力场进行分析,结合钨合金材料特有的组织结构建立数学模型,采用有限元数值计算的方法,利用MSC.MARC有限元软件,模拟了钨合金内部的应力场分布。分析计算结果表明,钨合金应力场的分布,并非如先前所认为的首先在粘结相中发生应力集中,而首先出现在高强度的钨颗粒中。     

炮钢铣削力正交试验与数值仿真

炮钢是一种重要的兵器材料,为提高炮钢的加工精度及表面质量,对切削条件与铣削力的影响规律进行研究。采用正交试验法探讨了各种因素对铣削力的影响规律,建立了铣削力仿真模型,得出了炮钢切削深度、切削速度及每齿进给量等3个切削参数的铣削力经验公式,在加工中心上利用9257B型三向测力仪测量切削力信号,并用数值计算的方法给出相同的铣削力分布数值。结果表明：该铣削力仿真模型准确,试验数据可信。该研究方法可为金属切削理论、材料的切削加工工艺性能和优化切削工艺性能等研究提供一定的参考。