应力-应变曲线形式对铝合金板料成形极限的影响

为使板料的成形性分析更符合实际,以Marciniak-Kuczynski(M-K)理论为基础,提出了采用应力-应变测量数据预测铝合金板料成形极限的方法.分别采用应力-应变测量数据、幂指数以及多项式拟合曲线三种应力-应变形式对6016-T4和7075-T6铝合金板料的成形极限进行研究.通过单向拉伸实验得到材料的应力-应变数据,构建了不同形式的曲线模型,计算了相应的极限应变,并绘制了板料成形极限曲线.将理论上预测的FLC与胀形实验结果进行对比,结果表明,采用应力-应变测量数据对板料成形极限的预测最好,而常用的幂指数拟合曲线得到的预测结果与实验存在一定的偏差.     

基于M-K理论的6016铝合金成形极限曲线预测

近年来,为实现汽车车身轻量化,大量的铝合金材料被用于汽车车身制造,由于6016铝合金具有良好的烘烤性能,被大量使用.但是传统的冷成形技术并不能成形复杂零件,因此热冲压-冷模具淬火成形技术被用到铝合金的成形过程中,板材成形领域中一个重要的性能指标是成形极限.本论文使用理论预测和试验两种方法对6016铝合金成形极限曲线进行了研究.首先,建立了考虑应变强化和应变速率强化的Fields-Bachofen本构方程,并将此本构方程引入到成形极限理论推导过程中;然后,基于M-K凹槽理论,对6016铝合金成形极限曲线进行了理论预测,并且采用Nakazima试验方法对预测结果进行了验证.结果显示,随着初始厚度不均度的增加,预测曲线向纵坐标的正方向移动;通过实验值和预测值的对比发现M-K凹槽理论对成形极限曲线的预测是可行的、准确的.     

高硅铝合金高温微观力学行为研究

高硅铝合金以其优异的性能在电子封装领域具有广阔的应用前景,准确地测量其高温微观力学行为具有重要意义.本文基于数字图像相关(DIC)方法,对Al-27%Si、Al-42%Si、Al-60%Si3种不同硅含量高硅铝合金的拉伸试样开展了扫描电子显微镜(SEM)下的高温原位拉伸实验研究.分析了在20～300℃下测得的3种合金的应力-应变曲线、微尺度全场应变分布规律以及拉伸试样的断口形貌.结果表明,硅的含量和温度对高硅铝合金拉伸力学行为具有显著的影响.随着温度的升高,3种合金的应变量均逐渐增大,其中Al-27%Si的应变量变化最大.3种合金的抗拉强度随温度的升高均近似呈线性趋势降低,常温下Al-27%Si最高,200℃以上时Al-42%Si最高,Al-60%Si合金的抗拉强度最低.在Al-27%Si与Al-42%Si合金的应变场中的铝基体相内部出现了明显的应变集中现象,而Al-60%Si的应变分布较均匀.温度对3种合金的微尺度拉伸变形场分布规律影响不大.合金的拉伸断口形貌表明,随着硅含量的增加,高硅铝合金主要的拉伸断裂机制由铝相的韧性断裂逐渐转变为硅相的脆性断裂,而温度对其影响较小.3种高硅铝合金在不同温度下拉伸时均无明显的屈服现象,也未出现颈缩现象.     

铝合金热变形的本构模型研究

利用Gleeble-1500热模拟机,研究轧制态6016铝合金在变形温度为300～500℃,应变速率为0.1～10 s-1以及真应变为0～0.8时高温单道次压缩过程中热变形流变应力行为.研究结果表明:6016铝合金在高温单道次压缩下的热变形经历了从应变硬化阶段过渡到稳态变形阶段的过程,其软化机制主要为动态回复;据流变应力指数函数中系数A和β与应变的关系,建立Zener-Hollomon参数的指数关系本构方程;计算所得的温升修正值与实测值较吻合.     

力学失配2A12铝合金搅拌摩擦焊接头拉伸性能分析

对2A12-T4与2A12-O铝合金搅拌摩擦焊接头试样进行拉伸试验,研究不同强度匹配条件下搅拌摩擦焊焊接接头的拉伸性能。针对接头组织非均质导致的变形不均匀问题,采用数字图像相关技术(DIC)与等应力假设相结合进行分析,定量得到了接头各区域的应力应变响应。结果表明焊接接头的应变分布存在显著差异,且断裂位置与组织非均匀性有关,2A12-T4应变集中发生在热机影响区与热影响区并断裂于热机影响区附近,2A12-O母材区出现应变集中并最终断裂。使用ABAQUS模拟接头试样拉伸过程中的变形行为,对比发现数值模拟结果与试验结果吻合度良好。     

两栖飞机铝合金的中低应变率力学性能

为研究水陆两栖飞机用航空铝合金材料在中低应变率区间内的动态力学性能,在常温下针对飞机船底壁板结构用7475-T761和7055-T76511铝合金采用电子式万能材料试验机开展准静态及低应变率拉伸实验,采用高速液压伺服试验机开展中应变率动态拉伸实验,获得了0.005~500 s-1区间内的铝合金应力-应变曲线,拟合和验证了Johnson-Cook本构模型。结果表明：在应变率0.005~500 s-1区间内,7475-T761和7055-T76511铝合金均呈现出了显著的应变率强化效应;从准静态向中应变率增加,7475-T761铝合金的失效应变随着增大,而7055-T76511铝合金先降低后增加;7475-T761铝合金表现出了显著的应变硬化效应,而7055-T76511铝合金应变硬化效应相对较弱;两种铝合金的断口形貌均未表现出明显的颈缩现象;拟合得到的Johnson-Cook本构模型能够较好表征两种铝合金材料的动态力学性能,最大均方根误差为13.7 MPa。     

剪切挤压-轧制复合成形对6016铝合金织构及动态性能的影响

采用X射线衍射、分离式霍普金森压杆等研究剪切挤压-轧制工艺对6016铝合金织构和动态力学性能的影响.结果表明:常规轧制后6016板材具有较强的β取向线轧制织构,而剪切挤压-轧制成形的6016铝合金板材中形成了大量的剪切织构r Cube{001}<110>及r-Copper{112}<011>,其相较于常规轧制织构有一定弱化.固溶后,2种工艺的板材中都以再结晶织构Cube{001}<100>为主,但剪切挤压-轧制工艺制备的板材中剪切织构的体积分数要比常规轧制板材高60%,这更有利于板材成形.在模拟烤漆工艺后的动态冲击过程中,2种板材均有明显的正应变速率强化效应,而剪切挤压-轧制工艺则能进一步提高6016铝合金板材的应变率敏感性和吸能效果.     

基于数字图像的复合岩石试验与损伤模型研究

为研究层状复合岩石破坏过程和形态,采用相似理论制作出层状复合岩石相似模型,在单轴压缩条件下观测岩石的破坏特征,结合三维数字图像相关技术(3D Digital Image Correlation,以下简称DIC)对试件的整体变形及破坏进行全过程的观测,得到复合岩石三维场的位移和应变,同时基于试件表面应变场的变化,建立了表面损伤程度与损伤因子D之间的量化关系,进而得到基于DIC表征的层状复合岩石损伤演化模型,研究结果表明：(1)层状复合岩石的破坏形态与脆性岩石特征相似,以拉伸劈裂破坏和Y型剪切破坏为主;(2)DIC试验记录的表面应变与损伤因子之间的量化关系可有效反应岩石破坏的全过程,以此为基础建立的损伤演化方程与实验数据拟合效果较好,证明了模型的合理性。     

玄武岩纤维/铝合金层合板的力学性能研究

通过单向拉伸、剪切以及三点弯曲实验研究了玄武岩纤维/铝合金层合板在不同加载方式下的准静态力学性能。利用空气动力枪对玄武岩纤维/铝合金层合板进行了子弹冲击加载实验。实验中得到了层合板材料不同的力学参数以及子弹冲击下典型的变形失效模式。实验结果表明:在单向拉伸载荷作用下层合板中纤维层将首先发生断裂破坏从而导致材料失效,45°拉伸剪切作用下由于纤维不承受拉伸载荷,其剪切强度较低而剪切应变较大,从而导致铝板发生面内弯曲变形。在12 mm子弹冲击载荷下玄武岩纤维/铝合金层合板具有较好的抗冲击性能,其弹道极限为97.9 m/s。     

基于DIC技术的6005A-T6铝合金焊接接头非均匀循环变形实验研究

采用三维数字图像相关(DIC)技术揭示了6005A铝合金激光-MIG混合焊对接头的焊缝、热影响区和母材的循环变形行为特征。实验结果表明:6005A铝合金焊缝、热影响区和母材的单轴拉伸应力-应变曲线差别较大,母材的屈服强度和抗拉强度明显高于焊缝和热影响区,即热影响区是焊接接头最薄弱的区域。焊接接头焊缝、热影响区在非对称应力循环加载下表现出循环安定状态,而纯母材产生了明显的棘轮变形,因为焊接接头母材一直处于弹性变形状态,焊接接头的棘轮变形主要由焊缝和热影响区主导。     

铝合金在三种应力状态下的力学性能研究及断口分析

通过对铝合金(6063)进行平板拉伸试验、带缺口的平板拉伸试验及纯剪切试验,研究了铝合金在三种应力下的力学性能.宏观试验结果发现:平板拉伸时的断裂应变大于带缺口拉伸时的断裂应变,而平板拉伸时的屈服应力及峰值应力小于带缺口拉伸时的屈服应力和峰值应力,剪切时材料的断裂剪应变远远大于平板拉伸时的断裂应变.三种应力状态下试样的断口也明显不同:缺口试样根部明显发生了颈缩现象,而且断面上存在着大量的韧窝;平板拉伸几乎没有发生颈缩现象,断面上的韧窝和剪切唇各占一定的比例;纯剪切试样断口上几乎以剪切唇为主.     

5052铝合金热拉伸流变应力及实心凸起板锻造成形研究

采用Instron3369电子万能试验机对5052铝合金板进行热拉伸实验,研究该合金在变形温度为523～723 K,应变速率为0.001～0.100 s-1条件下的流变应力行为。将实心凸起板锻造成形数值仿真结果与板锻造成形实验结果进行对比。研究结果表明:5052铝合金的流变应力随温度升高而降低,随应变速率增大而增大;可用Zener-Hollomon参数的Arrhenius双曲正弦关系来描述该合金的热流变应力行为,其变形激活能为162.72 kJ/mol;该热拉伸本构方程可以准确描述板锻造成形凸起过程的特征,且在673 K时实心凸起板锻造成形性能最好。     

冲击载荷作用下复合材料层板动态力学性能的实验研究

介绍了Hopkinson杆冲击拉伸实验设备及其实验技术,对CFRP、GFRP层合板进行了冲击拉伸实验研究,得到不同加载率下CFRP、GFRP层板的应力-应变(σ-ε)曲线,以及断裂强度、拉伸模量和断裂应变随加载速率改变的规律,认识复合材料层板在冲击拉伸情况下动态力学行为和变形、破坏机理。     

铸态Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金热拉伸力学性能及断裂行为

运用Gleeble-1500D热模拟试验机对铸态Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金进行高温拉伸实验,利用光学显微镜(OM)观察断口附近的微观组织,用扫描电子显微镜(SEM)观察断口形貌。结果表明,变形温度在340℃~420℃,应变速率为0.01 s-1时,随着温度升高,峰值应力、峰值应变、断裂应变、断面收缩率、延伸率均下降;变形温度为360℃,应变速率为0.1 s-1~1 s-1时,随着应变速率的增大,峰值应力、峰值应变均增大,断裂应变减小,断面收缩率和延伸率有下降的趋势。该合金高温拉伸过程中的软化机制主要为动态回复。高温拉伸的断口形貌为韧性断裂。断口表面的粗大脆硬相对材料的性能有严重影响。     

“FAST”反射面单元试验样机檩条用新型高强度铝合金型材热挤压工艺研究

分析了铝合金材料热挤压成形变形特点,对新型高强度铝合金型材挤压成形进行了实验研究,分析了温度对材料的应力应变的影响,不同变形速率下材料的应力应变规律,确定了新型高强度铝合金型材热挤压工艺参数。     

6061-T4铝合金搅拌摩擦焊T型接头拉伸断裂实验研究

针对6061-T4铝合金搅拌摩擦焊T型接头力学性能开展了实验研究,首先通过显微观测分析了T型接头的缺陷特征,随后进行了沿蒙皮板方向和沿支撑板方向的宏观拉伸实验,利用数字图像相关(DIC)方法研究了接头的拉伸断裂行为.实验结果表明,焊接接头中均存在弱连接缺陷,且弱连接缺陷是导致接头沿筋板断裂的主要原因.沿蒙皮板方向拉伸时,接头的强度受焊接参数的影响不大,且其断裂主要是由热影响区(HAZ)材料软化且两侧材料强度差异较大所引起;沿支撑板方向拉伸时,试件首先在弱连接缺陷处萌生裂纹,裂纹在载荷作用下沿弱连接所在的方向扩展,并在试件另一侧靠近筋板处产生明显的应力集中区域,最终试件发生剪切断裂失效.此外,接头沿筋板方向抗拉强度随焊接转速的增加有增大趋势.     

退火条件对6016铝合金硬度和蠕变性能的影响

【目的】研究6016铝合金在不同退火温度和时效条件下的硬度和蠕变性能,为生产应用领域提供参考依据。【方法】利用纳米压痕技术对不同退火温度和时效处理的6016铝合金的硬度及蠕变性能进行测试。【结果】退火温度对6016铝合金的硬度影响不大;随着自然时效时间的延长,各试样的硬度值都出现先略微变化,然后大幅减小再增大的趋势。蠕变系数在不同自然时效时间下出现浮动现象,蠕变系数n=1.723~2.796,各试样蠕变系数呈现先变小后增大再减小的趋势,在7d时效时出现最优值,在27d时出现峰值,随时间延长蠕变系数出现回归现象,材料形变速率减小,并趋于一个相对稳定状态;但在同样时效条件下它们的差异并不明显。【结论】经过不同温度和不同时效时间处理的6016铝合金,其硬度随时效时间变化而变化。热处理对蠕变系数的影响较弱,6016铝合金的力学性能比较稳定。对6016铝合金板材采用"退火处理+自然时效"后,最适宜的应用时间是在两个月后。     

LY12cz铝合金棒料的拉伸实验研究

通过对 LY1 2 cz铝合金棒料在三种应变率下 ( 0 .0 0 1 s-1,60 0 s-1,1 2 0 0 s-1)拉伸力学性能的测试 ,得到各个应变率下完整的应力应变曲线。试验结果表明 ,L Y1 2 cz铝合金板料和棒料的拉伸性能有着很大的区别。棒料和板料相比 ,其屈服应力σs基本不变 ;棒料的强度极限σb比板料的强度极有较大的提高 ;棒料的失稳应变 δb 随着应变率的增加而增大 ;棒料的强性模量较低 ,且棒料的拉伸性能对应变率不敏感 ,基本可看作是应变率无关材料     

基于数字图像相关技术的混凝土剪切破坏实验研究

剪切破坏是工程实际中混凝土破坏的主要形式之一,而对其进行全场非接触的观测和研究却仍面临着一些困难,因而结合数字图像相关技术(digital image correlation,DIC)对混凝土的直接剪切破坏问题开展实验研究。分别对旧混凝土、未凿毛新旧结合混凝土及凿毛新旧结合混凝土三种不同类型的试样进行剪切破坏时的对照实验,具体对破坏时的应力应变分布,破坏断面情况,破坏时强度大小等进行比较。实验中将混凝土边缘外表层切除,以展现出的内部纹理作为数字图像相关技术所需要的自然散斑场;采用高分辨率的数字相机对发生剪切变形的混凝土表面进行图像采集,再通过DIC技术进行后处理以获得剪切破坏过程中变形场的分布。实验结果表明在承受剪切载荷时,经过凿毛处理的新旧结合混凝土粘合面的应变范围、应变分布复杂程度、应变数值均大于未凿毛处理试件,因而确定凿毛新旧结合混凝土试件的抗剪强度大于未凿毛新旧结合混凝土试件;研究结果同时验证了DIC技术在混凝土剪切破坏测试中的有效性和可靠性,即DIC技术可以更直观和全面地获得混凝土剪切应变分布情况,适用于混凝土结构剪切破坏的监测。     

Superplastic Behavior and Deformation Mechanisms of AI-12.7Si-0.7Mg Alloy

对Al-12.7Si-0.7Mg合金在Instron5500电子万能材料试验机上进行超塑性拉伸实验.通过对该合金超塑性过程中延伸率δ,应变速率敏感性指数m值的计算,获得了不同变形温度、不同应变速率下δ和m值的变化规律.该合金在温度为793 K,应变速率为1.67×10-4s-1时,合金的应变速率敏感性指数和延伸率均达到最大值,分别为0.44,379%.分别构建了该合金的功率耗散率图以及铝合金RWS变形机理图.运用功率耗散率图预报该合金的超塑性变形区域;应用铝合金变形机理图并结合该合金超塑性拉伸前后显微组织变化规律,根据不同温度下Al-12.7Si-0.7Mg合金柏氏矢量补偿的晶粒尺寸值、模量补偿的应力值预报该合金的超塑性拉伸变形机理.