压下模式对镁合金宏观塑性变形和微观组织演变的影响

将热-力耦合弹塑性有限元方法与微观组织演化模型相集成,定量比较了恒定平均应变速率和恒定压头速率2种压下模式对镁合金AZ31B高温变形和微观组织演变的影响.采用AZ31B镁合金圆柱形试样进行Gleeble热力模拟试验获得有限元模拟所需的高温流动应力曲线与再结晶晶粒尺寸实测数据,并通过二次开发与有限元模型相集成.研究结果表明,由于端面摩擦的存在,2种压下模式下变形场和微观组织场都呈现不均匀分布特性.与恒定平均应变速率相比,恒定压头速率压下时晶粒尺寸均值减小,均方差略有增加.     

板式橡胶支座的水平位移特性

为研究曲线梁桥板式橡胶支座在实际运营过程中的受力特性和水平位移发展规律。通过Abaqus建立矩形板式橡胶支座GJZ 500×600×130的有限元模型,对比模型与理论计算的剪切刚度说明了模型的正确性,基于此模型进一步对支座在单次和多次循环位移加载作用下来研究支座水平位移变化规律,然后考虑曲线梁桥板式橡胶支座实际受力情况进行加载,研究支座在变化的竖向压力荷载作用和考虑静动摩擦转变等情况下的位移变化特性,并分析了支座在长期重复荷载作用下的残余变形的发展规律。结果表明：通过此方法建立的支座有限元模型能够较好地模拟支座与上部结构之间的摩擦行为,精确的计算支座的剪切变形和滑动位移;动态的竖向压力作用对支座剪切变形阶段基本不受影响,但对滑动变形阶段有较大大的影响;支座由静摩擦转变为动摩擦时,其水平力和剪切变形会突然减小;支座的残余变形会随着加载次数的增加而累积增大,但增长幅度随着加载次数增长而减小。     

压缩机主轴-叶轮摩擦性能及过盈装配主轴弯曲变形研究

通过实验测量了压缩机主轴材料(40NiCrMo7)和叶轮材料(FV520B)的摩擦因数,其值在0.12~0.25,具体大小与法向接触压力和表面粗糙度有关.结果表明,法向接触压力只有大于约36kN以后才会使摩擦因数轻微增大,而表面粗糙度对摩擦因数的影响更显著,也更复杂.摩擦因数随FV520B表面粗糙度增大整体会呈现增大趋势,但却随着40NiCrMo7表面粗糙度的增大而减小,犁沟效应和微黏着区的产生是导致这种变化的原因.在此基础上,通过有限元计算分析了降温不均时摩擦因数和过盈量对压缩机主轴过盈装配时弯曲变形的影响.结果表明,降温不均是导致主轴过盈发生弯曲变形的重要诱因,而摩擦因数与过盈量对弯曲变形存在耦合影响.当摩擦因数保持恒定时,主轴弯曲变形会随着过盈量的增大呈现出先增大后减小的趋势.从另一角度来看,当过盈量保持恒定且小于某一临界值时,摩擦因数增大会导致主轴弯曲变形增大,但当过盈量大于该临界值后,随摩擦因数增大主轴弯曲变形反而会减小.对这种现象给出了定性的分析.     

Ti62421s钛合金的热变形行为及加工图

在变形温度为900～1060℃和应变速率为0.001～10s-1条件下,对Ti62421s合金进行变形量为60％的热压缩变形,以研究Ti62421s合金的热压缩流变应力行为.研究温度与应变速率对Ti62421s热变形流变应力的影响,建立Ti62421s合金热变形流变应力的本构方程和加工图.研究结果表明:合金在热压缩过程中,流变应力随着应变的增大而增加,达到峰值应力后逐渐趋于平稳:当在高应变速率(10s-1)下变形时,出现不连续屈服现象:应力峰值随应变速率的增大而增大,随温度的升高而呈减小趋势:合金最佳变形工艺参数为:温度θ=980℃,应变速率(ε)=0.01～0.1s-1.     

板料变形中两种摩擦模型的比较

本文应用刚塑性有限元方法，分别采用修正的常剪应力摩擦模型和库仑摩擦模型，对板料在半球形冲头下的拉胀变形和在平底圆柱冲头下的拉延变形过程进行计算，并上述两种摩擦模型的作用机制以及它们板料塑成形过程的影响进行了研究。通过分析、比较与实验验证，表明库仑模型比常剪应力模型更为适合板料成形过程模拟的摩擦描述。     

三维弹性摩擦接触分析的边界元柔度矩阵法

将边界元柔度矩阵法用于求解摩擦接触问题,论述了求解方法和收敛判定准则,并开发了计算程序·该方法集中了边界元法和柔度矩阵法的优越性,建模简便、求解精度高、迭代求解过程简捷、速度快·算例分析结果表明:摩擦系数对接触区大小及粘着、滑动区域分布和切向力的影响大于对法向力的影响;考虑摩擦影响时,法向力略大于忽略摩擦影响的法向力,接触区略小于忽略摩擦的接触区;摩擦系数增加时,接触区减小,粘着区相对扩大,滑动量减小,切向力和法向力增加     

纯镁粉末坯往复挤-镦的数值模拟及实验研究

采用DEFORM-2D有限元软件对纯镁粉末多道次往复挤-镦块体机械冶金过程进行有限元模拟，分析了往复挤-镦过程中的流场、应力场及应变场等相关场量变化规律.模拟结果表明：挤压段材料纵向流动，镦粗段材料横向流动,流速和流向的不一致形成强烈的交替剪切效应，且试样的主变形区域处于三向压应力状态.试样的等效应变呈不均匀分布，但应变的均匀性随着往复挤-镦道次的增加而有所改善.3道次往复挤-镦实验结果表明：试样产生显著的条带状组织，主变形区强烈的剪切力将原镁粉表面的氧化物和其内部的孔隙破碎，形成强烈的致密效应，相对密度接近0.98，组织上达到了良好的冶金结合.     

Damage prediction of 7025 aluminum alloy during equal-channel angular pressing

Equal-channel angular pressing (ECAP) is a prominent technique that imposes severe plastic deformation into materials to enhance their mechanical properties. In this research, experimental and numerical approaches were utilized to investigate the mechanical properties, strain behavior, and damage prediction of ECAPed 7025 aluminum alloy in various conditions, such as die channel angle, outer corner angle, and friction coefficient. Experimental results indicate that, after the first pass, the yield strength, ultimate tensile strength, and hardness magnitude are improved by approximately 95%, 28%, and 48.5%, respectively, compared with the annealed state, mainly due to grain refinement during the deformation. Finite element analysis shows that the influence of die channel angle is more important than that of outer corner angle or friction coefficient on both the strain behavior and the damage prediction. Also, surface cracks are the main cause of damage during the ECAP process for every die channel angle except for 90°; however, the cracks initiated from the neighborhood of the central regions are the possible cause of damage in the ECAPed sample with the die channel angle of 90°.     

基于G-W理论的轮轨三维粗糙表面摩擦生热

为了研究粗糙表面形貌特征对轮轨摩擦副滑动过程中产生的热、温度场和应力场的分布规律及其相互影响,基于G-W模型,将轮轨摩擦副简化为一不同形貌的微凸体粗糙表面与一理想平面,并结合有限元法计算分析,结果表明:微凸体之间的相互作用对摩擦生热有影响,随着球冠状微凸体堆叠度的增大,热区分布面积增加,热源减小;微凸体的数量和排布规律对摩擦生热有影响,微凸体X向排布时,摩擦温升随微凸体数量的增加而减小,微凸体Z向排布时,摩擦温升随微凸体数量增加而增大,热区分布向滑动方向后方集中;不同形貌微凸体对对摩擦温升结果也会产生影响,球冠状微凸体粗糙表面摩擦温升总体高于长方体状微凸体摩擦温升。从微观层面探究粗糙表面形貌特征对轮轨摩擦副热源、热区分布、温度场和应力场分布等的影响,为进一步研究轮轨相互作用,保障列车安全运行提供理论依据。     

盒形件成形过程的计算机模拟

本文基于有限变形理论建立了三维金属板料成形过程的弹塑性薄膜有限元数学模型.数学模型采用流动坐标系中的Total Lagrange描述、J_2型本构方程、等向强化假设,考虑了板料的厚向异性,对于金属板料与模具的摩擦采用近似的库仑摩擦定律.采用根据此模型编制的程序模拟了盒形件的成形过程,并与实验结果进行了对比.     

离合器压盘温度场与应力场分析及改进研究

针对离合器接合过程中,压盘滑摩温度过高发生的烧蚀、热变形现象,利用abaqus仿真软件建立了三维有限元分析模型,结合压盘的实际工作状况采用直接耦合法进行热结构耦合仿真。得到了压盘的温度场与应力场,并研究了滑摩转速、压力和压盘厚度对压盘温度场及应力场的影响,同时针对翘曲变形,通过在滑摩面增加内锥度对压盘结构进行了优化。结果表明：高转速差会增大压盘滑摩温度与应力,压盘摩擦接触区域向内径移动,翘曲变形更加严重;压力的增大同样会增大滑摩温度与应力,但对摩擦接触的影响较小;压盘厚度增大能增加压盘的热容量,同时也会使温度与应力更加集中;增加压盘内锥度能显著改善压盘滑摩面的温度与应力分布,最高值分别下降了11.8%、5.4%,摩擦副有效接触面积增加,提高了离合器的工作性能与稳定性。     

50Mn18Cr4V无磁钢的热变形行为

通过高温压缩热模拟实验,研究了50Mn18Cr4V高锰无磁钢在变形温度为900~1100℃、应变速率为01~10s-1条件下的热变形行为.结果表明,VC第二相的应变诱导析出对50Mn18Cr4V的热变形行为产生重要影响.当变形温度为900~1000℃,应变速率为5s-1时,VC第二相不能充分析出,与应变速率为1s-1相比,对动态再结晶的阻碍作用减弱.应尽量使实验钢在高温段完成热加工,并适当提高应变速率.随着变形温度降低到950℃以下,材料的塑性变差,若以较低的应变速率变形,容易造成晶界开裂;应变速率过高,容易造成流变失稳,因此,以5s-1的应变速率变形,较为适宜.确定了50Mn18Cr4V无磁钢的再结晶激活能为7769kJ/mol.通过实验数据回归,建立了实验钢的高温变形抗力模型.     

Contact mechanics of pad of grasshopper (Insecta: ORTHOPTERA) by finite element methods

During locomotion, insect feet endure dramatic impact force and generate adhesive force which is controlled by the architecture of the foot. The patterns of smooth attachment pads in insect feet vary widely among insect orders and families. The functional significance of the micro-structure and geometric design of insect feet remains largely unknown. In this study, we developed a two-dimensional finite element model of a grasshopper’s attachment pad. Realistic geometric microstructure and material propertie...     

Q550D超低碳贝氏体钢的微观组织模拟

摘要： 利用Q550D超低碳贝氏体钢的热压缩试验数据建立了动态再结晶模型及元胞自动机模型,通过有限元软件DEFORM 3D对试样热变形过程的微观组织演变过程进行了模拟.结果表明：在变形温度为1 150 °C条件下,当应变速率为0.05 s-1时,热变形过程中的试样微观组织发生了动态再结晶现象,晶粒尺寸得到细化;在变形温度为1 050 °C条件下,当应变速率不断增大时,奥氏体动态再结晶的晶粒尺寸减小;模拟结果与试验结果较吻合.     

Microscopic characterization of semi-solid aluminium alloys

The microstructural evolution and element distribution of the Al-4Cu-Mg alloy during semi-solid compression were investigated, and the precipitate behavior and dislocation morphology were discussed. The experimental results show that the microstructure, the number of CuAl₂ (θ phase) precipitates, and the dislocation density of the Al-4Cu-Mg alloy depend apparently on the process parameters. More segregation of Cu at the grain boundary happens with an increase of deformation temperature and a decrease of strain rate, leading to an increase in the number of θ phase. With an increase of height reduction, Cu segregation at the grain boundary decreases gradually. Moreover, unique dislocation morphologies including helical dislocations and dislocation loops appear at different process parameters and evolve to reduce the stored energy.     

非饱和粗、细颗粒混合土在动荷载作用下的细观力学响应

为了研究非饱和粗、细颗粒混合土在动荷载作用下的细观力学性质,进行了非饱和粗、细颗粒混合土动三轴的离散元数值分析。根据室内动三轴试验结果标定PFC2D接触模型参数,进行非饱和粗、细颗粒混合土动三轴离散元模拟,分析其细观力学机理。结果表明:离散元模拟结果与室内试验结果曲线拟合度基本一致,能较好地反映非饱和粗、细颗粒混合土在动荷载作用下力学特征。相同含水率条件下,粗、细颗粒混合土的累积动应变随动应力幅值的增加而增大;随围压的增加先小幅度增大后再大幅度减小。孔隙度随动应力幅值的增大而减小;随围压的增大也减小。试样颗粒在剪切过程中,上下端运动速度最大,整体呈现对称递减状,中部运动速度最小。     

渗流-应力-流变耦合作用下破碎带砂岩渗透演化规律试验研究

膝状挠曲破碎带是一些水电站坝基的主要工程地质问题。破碎带岩性为完整性较差的软弱砂岩,直接关系到坝基的变形和稳定。基于破碎带砂岩组织结构疏松、含水率较高、物理力学性能较差等特点,对渗流-应力耦合作用下流变过程中的岩石渗透特性进行测试。分析应力-应变过程中的渗透规律,研究流变过程中渗透系数演化规律,探讨渗透性演化破坏机制。得到轴向、环向和体积变形对渗透系数的影响及围压和孔隙压力对渗透特性的影响规律。结果表明:初始加载导致渗透系数快速减小,并随着非线性变形增加降低程度逐步趋缓;且环向变形比轴向变形更能灵敏地反映渗透系数演化规律;岩样非均质性引起孔隙度略有不同,加载作用导致渗透系数随时间变化存在部分波动,但整体呈线性降低;稳态流变阶段渗透系数恢复至平缓下降,说明波动对渗透系数的整体演化无显著影响,且围压增加导致渗透系数降低。     

冻土-构筑物界面粘聚-损伤-摩擦本构模型

冻土与构筑物界面本构模型对寒区工程的设计、分析和数值模拟至关重要.耦合粘聚损伤模型和摩擦模型建立了冻土与构筑物界面的一维本构模型.模型从界面的细观力学特征出发,考虑胶结冰在界面剪切过程中的力学响应及界面出现相对滑动后的摩擦力学特征,将界面微元区域分为损伤部分和非损伤部分进行分析.在界面发生相对位移的过程中,微元由非损伤向完全损伤过渡,其中非损伤部分假设为弹性变形,随着损伤的发展摩擦力逐渐发挥作用.基于界面的基本运动学假设得到了微元体损伤演化过程和摩擦演化过程,进而依据均匀化方法建立了界面的本构关系,模型中的参数物理意义明确且容易从试验数据中获取.数值结果表明模型对界面的应变软化型曲线和应变硬化型曲线都有较好的拟合效果,试验曲线中的关键参数在模型中都能够体现.     

Effects of ultrasonic vibration on plastic deformation of AZ31 during the tensile process

An investigation on the plastic behavior of AZ31 magnesium alloy under ultrasonic vibration (with a frequency of 15 kHz and a maximum output of 2 kW) during the process of tension at room temperature was conducted to reveal the volume effect of the vibrated plastic deformation of AZ31. The characteristics of mechanical properties and microstructures of AZ31 under routine and vibrated tensile processes with different amplitudes were compared. It is found that ultrasonic vibration has a remarkable influence on the plastic behavior of AZ31 which can be summarized into two opposite aspects: the softening effect which reduces the flow resistance and improves the plasticity, and the hardening effect which decreases the formability. When a lower amplitude or vibration energy is applied to the tensile sample, the softening effect dominates, leading to a decrease of AZ31 deformation resistance with an increase of formability. Under the application of a high-vibrating amplitude, the hardening effect dominates, resulting in the decline of plasticity and brittle fracture of the samples.     

典型局部钢框架结构变形机理分析

为了研究钢框架弹性变形与柱、梁变形之间的一般规律,以常见的钢框架结构中的柱、梁连接处十字形局部框架作为分析模型,以柱梁刚度比、楼层高跨比、梁柱截面高度比以及H型截面构件任一侧翼缘与腹板的截面积比等为主要研究参数,通过受力与变形分析,探讨了典型局部钢框架的力学机理。结果表明:局部框架变形中,柱变形与总变形比值,随柱梁刚度比和梁柱截面高度比的增大而减小;随着框架楼层高跨比的增大而增大;而梁变形与总变形比值,随柱梁刚度比和梁柱截面高度比的增大而增大;随着框架楼层高跨比的增大而减小;柱为H型截面时柱变形与总变形比值有增大的趋势。