滚打速度对花键冷敲精密成形过程的影响规律

针对花键冷敲成形工艺的特点,以ABAQUS软件为平台,采用动态显式有限元法对花键冷敲精密成形过程进行了三维数值模拟,研究并揭示了花键冷敲成形过程中滚打速度对滚打力、应变和金属轴向流动的影响规律,研究发现随着滚打轮旋转速度的增大,滚打力和等效应变逐渐增大;花键轴端面凸起系数增大,金属轴向流向增加,"塌陷"现象越来越严重。     

基于逆向拟合法的H13钢J-C本构修正模型

为了简化材料J-C本构模型的建立过程,提出一种基于自定义函数确定本构模型参数的逆向拟合法;通过准静态拉伸实验和霍普金森压杆实验获得H13钢在应变率为1～15 000 s-1,温度为298～1 073 K条件下的真应力-真应变曲线;在总结不同的H13钢J-C本构模型并确定各材料参数范围的基础上,利用J-C本构函数对真应力-真应变曲线进行自定义函数逆向拟合,从而获得H13钢J-C本构模型在不同条件下的材料参数,并进一步建立材料参数关于温度和应变率的关系函数,确定H13钢在大应变率和高温条件下的J-C本构模型。研究结果表明:本文建立的修正型J-C本构模型能够真实地反映H13钢的流变行为。     

BR1500HS超高强度钢本构模型的建立及验证

在Gleeble3500热模拟实验机上,采用等温热拉伸实验对BR1500HS超高强度钢在变形温度为1 023,1 073,1 123和1 173 K,应变速率为0.01,0.10和1.00 s-1条件下的热流变行为进行研究。根据蠕变理论及实验流动应力曲线确定材料变形激活能、硬化指数等相关材料常数并引入Zener-Hollomon参数。通过位错密度演化模型描述加工硬化和动态回复对流动应力的影响,并建立包含稳态应力σss、屈服应力σ0和动态回复速率系数r这3个参数的本构模型。研究结果表明:由建立的本构模型所绘制的流动应力曲线与实验曲线具有高度一致性,所建立的本构模型能够应用于BR1500HS超高强度钢热拉伸过程的数值模拟及热成形工艺分析。通过回归分析法建立模型参数关于Z参数的表达式,获得流变应力与变形条件的关系。     

火车用C级钢的高温流动应力

C级钢因其优越的机械性能而广泛应用于火车车轮、车钩等重要零部件上。该材料零部件通常经热锻成形,因此对该材料在高温下的流动应力进行研究具有重要意义。该文采用Gleeble热力学模拟机对C级钢在温度为1 050～1 250℃、应变速率为0.01～10 s-1条件下的流动应力进行测试,获得C级钢的流动应力数据以及C级钢在不同热变形条件下的峰值及稳态流动应力。实验结果预测了C级钢存在动态再结晶现象,得到了变形温度、应变速率和变形程度对C级钢流变应力的影响规律。基于Sellers-Tegart方程拟合本构参数,包括应力水平参数、应力指数、变形激活能和结构因子,建立了C级钢的本构关系式,可作为C级钢零部件热成形加工工艺选择和参数确定的依据,同时也可作为C级钢零部件锻造工艺数值模拟的基础数据。     

40Cr钢的塑性流动应力特征及本构关系

为了研究高速冷滚打过程中工件材料40Cr钢的动态力学特性,利用分离式Hopkinson压杆试验装置对40Cr钢进行了压缩试验,获得40Cr钢在不同应变率(600～5 000 s-1)和不同温度(20～400℃)条件下的应力-应变情况。试验结果表明:40Cr钢对应变率呈现出一定的敏感性和应变率强化效应,塑性变形过程中产生的绝热升温对材料具有热软化作用。基于位错动力学理论,通过试验数据,建立了40Cr钢的动态本构模型。模型计算结果和试验结果对比表明:该模型可以较好地预测40Cr钢在不同应变率和温度条件下的塑性流动应力。     

3004铝的动态力学性能及本构模型

为了得到3004铝的动态力学性能及本构模型,运用静态实验机和分离式Hopkinson压杆动态加载装置,在温度为10～400℃、应变率为0.000 5～2 000s-1范围内得到了3004铝在准静态拉伸及动态压缩条件下的应力-应变曲线,并基于Johnson-Cook材料模型对其进行拟合分析.结果表明:3004铝有明显的应变率强化效应和温度软化效应,其应力随应变率的增加而增加,随温度的升高而降低;拟合得到的3004铝动态本构关系曲线可以描述出材料在大应变率和高温下的力学性能.     

高速加工中无氧铜的动态力学性能

通过对高速加工中无氧铜工件材料在温度为20~900℃,应变率为1.0×103~1.5×104s-1的条件下,进行霍普金森压杆试验,获得反映材料动态力学性能的真应力-真应变曲线.结果表明:无氧铜的力学性能表现出对应变率和温度的敏感性较强,其流动应力随着应变率的提高而显著增加,而且变形温度的升高使得流动应力明显下降;采用经验型Johnson-Cook本构模型预测无氧铜的动态力学性能的误差较大;在动态力学性能分析的基础上,采用修正的Johnson-Cook本构模型能够较好地预测试验结果,可用于高速加工中无氧铜的动态力学性能模拟分析.     

高强钢动态力学性能本构模型研究

为了研究高强钢材料在动态加载过程中的力学响应,采用分离式霍普金森压杆对材料进行了不同应变率（3000到 12000s-1）和不同温度（20℃到800℃）单轴压缩实验.实验结果表明：高强钢的动态力学行为受应变率和温度的强烈影响.流动应力随着应变率的升高而增加,随着温度的升高而降低.提出了一个经验型本构模型来描述材料的加工硬化和温度软化行为.该本构模型预测的应力——应变曲线与实验结构较好吻合,表明该本构模型可进一步用于高强钢动态变形过程的数值模拟研究.     

高强钢动态力学性能本构模型研究（英文）

为了研究高强钢材料在动态加载过程中的力学响应,采用分离式霍普金森压杆对材料进行了不同应变率(3000到12000s-1)和不同温度(20℃到800℃)单轴压缩实验.实验结果表明:高强钢的动态力学行为受应变率和温度的强烈影响.流动应力随着应变率的升高而增加,随着温度的升高而降低.提出了一个经验型本构模型来描述材料的加工硬化和温度软化行为.该本构模型预测的应力——应变曲线与实验结构较好吻合,表明该本构模型可进一步用于高强钢动态变形过程的数值模拟研究.     

低碳钢热塑性成形过程本构模型

根据高温流动应力行为的主导软化机制不同,建立了低碳钢热塑性成形过程的动态回复和动态再结晶两阶段本构模型.采用单一内变量的位错密度演化模型描述加工硬化和动态回复对流动应力的影响;应用Avrami方程表达动态再结晶软化作用对流动应力的影响.采用Gleeble1500热模拟实验机对低碳钢进行热压缩实验,依据实验流动应力曲线确定本构模型中的参数,并分析了模型参数随变形条件的变化规律.应用建立的本构模型计算实验条件下的流变曲线,结果计算值与实验值吻合良好,表明所建立的本构模型可以用于低碳钢热压缩成形过程的数值模拟.     

35CrMo钢高温流变行为及其本构方程

为了更好地描述35CrMo钢应力-应变关系,建立材料的本构模型,采用Gleeble3800热模拟试验机对热轧后的35CrMo钢进行了热模拟高温压缩实验,研究了35CrMo钢在变形温度为800,900,1 000,1 100,1 200℃,应变速率分别为0.01,0.1,1,10s-1的条件下,变形温度和应变速率对材料流变应力的影响。实验结果表明:35CrMo钢高温变形时存在动态回复型与动态再结晶型两种应力-应变关系,通过求解材料临界应变与峰值应变的关系,间接建立了35CrMo钢峰值应力本构方程,并验证了其准确性。所提出的本构方程可以较好地描述35CrMo钢热变形条件下的应力-应变关系,对于35CrMo钢的热成形工艺设计及数值模拟工作具有基础理论意义。     

高锰TWIP钢热变形行为及应变补偿型本构方程的建立

对高锰TWIP钢进行不同温度(850～1 100℃)和应变速率(0.01,0.1,1,5,10 s~(-1))的绝热压缩试验,研究试验钢高温热变形行为.分析了变形温度和应变速率对流动特性的影响,建立了应变补偿型本构方程,并采用三种标准统计参数对应变补偿型本构方程的精确度进行了评估.结果表明:流动应力对变形温度和应变速率的敏感程度很高,且随着变形温度的提高或应变速率的降低,流动应力呈下降趋势;应变速率对动态再结晶过程有着很复杂的影响;流动应力预测值与试验值具有较高的吻合度,表明建立的应变补偿型本构方程能够精确预测流动应力.     

高锰TWIP钢热变形行为及应变补偿型本构方程的建立

对高锰TWIP钢进行不同温度(850~1100℃)和应变速率(0.01,0.1,1,5,10s^-1)的绝热压缩试验,研究试验钢高温热变形行为. 分析了变形温度和应变速率对流动特性的影响,建立了应变补偿型本构方程,并采用三种标准统计参数对应变补偿型本构方程的精确度进行了评估. 结果表明:流动应力对变形温度和应变速率的敏感程度很高,且随着变形温度的提高或应变速率的降低,流动应力呈下降趋势;应变速率对动态再结晶过程有着很复杂的影响;流动应力预测值与试验值具有较高的吻合度,表明建立的应变补偿型本构方程能够精确预测流动应力.     

金属高温塑性本构方程的研究

有限元数值模拟技术的重大发展使得其在锻造加工研究领域得到了越来越广泛的应用．本构方程是描述材料变形的基本信息和有限元模拟中不可缺少的数学模型，它反映了流动应力与应变、应变速率以及温度之间的依赖关系．为了建立本构方程，必须测量一定温度、应变速率范围内的流动应力值，这通常是由压缩试验来完成的．有限元模拟结果的有效性首先取决于本构方程的精确程度，所以，如何获取精确的本构方程成为锻造成形过程计算机模拟技术中的首要问题．     

22MnB5高强板冲压成形热力耦合数值模拟

采用ABAQUS软件建立基于热力耦合的有限元模型,对22MnB5高强板不同工艺条件下的成形过程进行模拟分析,探究摩擦系数、模具间隙和成形温度等工艺参数对热成形时的减薄率和应力分布的影响.结果表明:成形温度的升高会改善材料的塑性,导致变形抗力减小,危险点应力减小,减薄率增大.随模具间隙增加,危险点应力、减薄率都呈减小趋势.摩擦系数的增大导致材料流动阻力增大,减薄率增加,材料容易被拉裂.研究表明,摩擦系数0.1、模具间隙2.2mm、成形温度800℃为合适的工艺参数.     

6008铝合金冲击实验及其动态本构模型

为了弥补6008铝合金在冲击载荷作用下的力学性能及其动态本构模型研究的不足,采用RPL-100型材料试验机和分离式霍普金森压杆获取了该材料在不同应变率下的应力—应变曲线.结果表明:随着应变率的增加,6008铝合金的屈服强度、强度极限与流动应力增加,应变硬化率减小,屈服滞后现象明显.基于实验结果与Johnson-Cook模型,引入Cowper-Symonds本构模型来描述6008铝合金的应变率效应,同时考虑到该材料冲击过程中绝热温升的影响,构建了适用于6008铝合金的改进Johnson-Cook模型.结果表明,改进Johnson-Cook模型能够能较好地描述6008铝合金的应变率效应并能准确地预测其流动应力,可为实际工程中的数值模拟问题提供参考.     

基于动态材料参数的5083铝合金本构模型

通过热压缩试验研究5083铝合金在应变速率为0.01~10 s~(-1)、变形温度为300~500℃、变形程度为50%条件下的流变行为,根据热模拟数据建立基于动态材料参数的双曲正弦函数本构模型(ZHCM)及幂函数本构模型(ZBCM),并对这2种本构模型的应力预测精确度进行计算。研究结果表明:ZHCM与ZBCM均有较高的应力预测精度,应力平均相对误差分别为5.26%和3.92%,相比之下,ZHCM在应变速率为10 s~(-1)、变形温度为300℃的条件下应力精度比ZBCM的高,而当应变速率为0.01~1 s~(-1)、变形温度为350~500℃时,ZBCM的应力精度较高。     

Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr合金本构关系的新模型

本构关系是联系材料塑性变形行为与工艺参数的桥梁,也是用有限元法模拟金属成形过程的前提条件．开发了一个基于神经网络的Ｔｉ－５Ａｌ－２Ｓｎ－２Ｚｒ－４Ｍｏ－４Ｃｒ合金的本构关系模型．首先利用Ｔｈｅｒｍｅｃｍａｓｔｏｒ－Ｚ型热模拟机等温压缩Ｔｉ－５Ａｌ－２Ｓｎ－２Ｚｒ－４Ｍｏ－４Ｃｒ合金,研究在不同变形温度、变形程度和应变速率等工艺参数条件下流动应力的变化情况．然后用实验所得的热变形工艺参数与性能间的数据来训练具有ＢＰ算法的人工神经网络．训练结束后的神经网络即成为一个知识基的本构关系模型．预测结果和实验结果对比表明神经网络模型具有较高的精度和推广能力．     

铸态AZ31镁合金热变形行为研究

在Gleeble3500热模拟实验机上,对铸态AZ31镁合金进行热压缩实验,获得了变形温度为250～400℃、应变速率为0.005～0.5 s~(-1)条件下镁合金的流变应力曲线,分析了主要工艺参数对AZ31镁合金流变应力的影响规律。结果表明,随着应变的进行,在硬化软化机制共同作用下,材料的流变应力达到峰值应力后缓慢下降,最后基本保持不变,镁合金发生了动态再结晶,;随着温度的升高,应变速率降低,其峰值应力显著下降,可见镁合金属于温度敏感型材料。在此基础上,基于双曲正弦流动应力本构模型,同时考虑塑性变形热和摩擦热的影响,建立了形式简单且具有较高精度的流动应力预测模型。预测值与实验值的相关系数为0.932,该模型能较好地描述铸态AZ31镁合金热变形过程中的流变应力行为。     

在围压冲击条件下岩石损伤粘塑性本构关系

基于简单的机械模型导出了岩石类材料在损伤状态下的应力应变关系，通过对适合与岩石类工程材料的内时定义的适当修正，将材料所受围压和应变率引入到本构关系中，导出了岩石在围岩压条件下的内时粘塑损伤本构关系，用所建立的本构方程描述了石岩在围压条件下的动态应力应变响应特性。结果表明，岩石的动态损伤使得材料的抗力明显降低，围压使得材料的抗力明显增加，考虑损佃的本构方程比未计及损佃的本构方程更好地描述了在围压条件下岩石动态损伤的实验现象。这一工作对深层岩石动态的研究提供了一种方法。