油气井用26CrMo7S钢的热变形应变补偿型本构方程

以26CrMo7S钢为研究对象,通过热模拟研究实验钢在温度为850～1 250℃、应变速率为0.01～10 s-1、最大变形量为70%条件下的热变形行为和流变应力特征,建立相应条件下的流变-应力本构模型,考虑热变形过程中应变对流变应力的影响,结合应变补偿进一步修正本构模型,并进行准确性验证和误差分析。研究结果表明：26CrMo7S钢的热变形行为受到加工硬化和动态软化相互作用的影响,在高应变速率下以动态回复为主,而在中低应变速率下受动态回复和动态再结晶两者共同作用;应变补偿修正后的Arrhenius本构方程六次多项式拟合效果较好,对不同应变下26CrMo7S钢的流变行为具有较高预测精度,相关系数为0.994 06,平均相对误差仅为5.08%,验证了模型的准确性。     

高锰TRIP钢热变形行为研究

通过单轴压缩实验,研究了高锰TRIP钢(Fe15Mn3Si3Al)在800～1050℃温度范围内、应变速率ε.=0.01～5.0s-1条件下的热变形行为和组织变化,讨论了热变形参数对流变应力和显微组织的影响.结果表明:动态再结晶只在较高变形温度和低应变速率下发生.实验钢对温度和应变速率都很敏感,而应变速率对实验钢的热变形行为影响较大.高锰TRIP钢的表观应力指数n=3.909,变形激活能Q=353.167kJ/mol.根据实验数据,建立了高锰TRIP钢高温变形的热加工方程.     

37Mn5钢热变形行为与流变应力模型研究

利用 Gleeble-1500热模拟实验机研究37Mn5钢在变形温度为800~1 150 ℃、变形速率为0.1~10 s-1条件下的热压缩变形行为.采用应变硬化率-应力曲线图较精确地获得峰值应力,并用双曲正弦方程描述37Mn5钢热压缩变形过程中的峰值应力与Zener-Hollomon参数的关系.回归分析得到方程中变形激活能及各材料常数的值,获得37Mn5钢在高温条件下的流变应力本构方程.结果表明,采用该本构方程计算出的流变应力值与实验所得应力值非常接近.     

工程机械用Q1100钢的热变形应变补偿本构方程

采用Gleeble-3800热模拟试验机研究工程机械用Q1100钢在变形温度为850～1 200℃、应变速率为0.01～10.00 s~(-1) 条件下的热变形行为,建立恒定应变与应变补偿的Arrhenius本构方程。研究结果表明:随着变形温度升高、应变速率减小,Q1100钢的流变应力降低,真应力-真应变曲线发生由动态回复型到动态再结晶型的转变;随应变增加,参数α和n先减小后趋于平缓,Q和ln A先减小后增大,其六次多项式拟合效果较好,相关系数R均在0.98以上;流变应力预测值与实验值的相关系数为0.992 66,绝对误差在15MPa内的数据点有92.13%,平均相对误差为5.25%,验证了模型的准确性。     

42CrMo钢的热压缩流变应力行为

为实现42CrMo钢锻造的数值模拟与合理制定其热成形工艺参数,采用Gleeble-1500热模拟实验机研究工业用42CrMo钢在变形温度为850～1150℃和应变速率为0．01～50s^-1条件下的流变应力行为。通过线性回归分析确定42CrMo钢的应变硬化指数以及形变表观激活能,获得42CrMo钢高温条件下的流变应力本构方程,并验证该流变应力本构方程的准确性。研究结果表明：42CrMo钢在热压缩变形过程中发生了明显的动态回复与动态再结晶,流变应力随应变速率的增加而增加,随温度的升高而降低;流变应力的预测值与实验值较吻合,而且预测的最大相对误差仅为4．54％。     

超临界马氏体不锈钢热变形行为

在Gleeble-3500热模拟试验机上对超临界马氏体不锈钢进行等温压缩试验,研究其高温流变行为,获得超临界马氏体不锈钢在温度为900~1 150℃、变形速率为0.005~5 s~(-1)时合金的热变形行为和组织演变。通过对实验数据的分析、拟合建立材料的高温流变模型,并分析Johnson-Cook(JC)模型和Arrhenius模型对超临界马氏体不锈钢的适用性。研究结果表明:修正后的JC模型和Arrhenius模型具有更高的精度。在应变速率较高时,修正的JC模型的预测值更接近实验值;在应变速率较低时,应变补偿的Arrhenius模型的预测值更接近实验值。载荷预测结果与实验值拟合程度较好,表明建立的模型能够描述材料的高温流变行为。     

TWIP钢高温变形行为的研究

通过单道次压缩试验,对Fe-Mn-C系孪生诱导塑性钢(TWIP钢),在800~1 000℃,应变速率0.01~10.0 s-1条件下的热变形行为及组织演变规律进行了研究.实验结果表明,升高温度和降低应变速率均可促进奥氏体发生动态再结晶.根据实验所得流变应力曲线,由热变形方程计算得到了TWIP钢热变形激活能Q=421.37 kJ/mol.并在此基础上得到了TWIP钢高温变形的热加工方程.采用Z参数预测了动态再结晶的临界条件,当Z≤9.94×1018时TWIP钢易发生动态再结晶,具有较好的热加工性能.     

齿轮钢SAE8620 H高温变形行为及热加工图

通过高温压缩试验研究齿轮钢SAE8620H在950~1100℃、应变速率0．01~10 s-1条件下的高温变形行为.该合金钢的流动应力符合稳态流变特征,流变应力随变形温度升高以及应变速率降低而减小,其本构方程可以采用双曲正弦方程来描述.基于峰值应力、应变速率和温度相关数据推导出SAE8620H高温变形激活能Q=280359．9 J·mol-1.根据变形量40%和60%下应力构建该齿轮钢的热加工图,通过热加工图中耗散值及流变失稳区确定其热变形工艺参数范围. SAE8620H钢在在变形程度较小时宜选取低的应变速率进行成形,而在变形程度大时则要选取低温低应变速率或者高温高应变速率.     

自适应多层复形遗传算法在钛合金动态本构模型参数识别中的应用

由于钛合金在高应变率下会表现出热粘塑性,为使经典Johnson-Cook模型能广泛适用于描述钛合金在不同应变率、不同温度下的应力—应变关系,在经典模型基本形式不变的情况下,重新定义了温度项的物理意义和表达形式,得到了修正的广义Johnson-Cook模型.该广义Johnson-Cook模型中含有6个需要通过试验数据来拟合确定的待定参数,为降低参数识别的计算量,提高参数识别的效率和精度,提出了一种自适应多层复形遗传算法,并以Ti-6Al-4V钛合金为算例,描述了其在不同应变率、温度下的单轴流变应力—塑性应变曲线.数值模拟结果和已有的试验数据吻合良好.     

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。     

X100管线钢的高温变形力学行为

采用Gleeble-3500热模拟试验机对X100管线钢进行单道次压缩试验,研究其变形抗力与应变量、应变速率和变形温度的关系,利用回归分析确立合适的变形抗力数学模型,并将模型预测值与试验值进行比较。结果表明,变形温度对X100管线钢变形抗力影响显著;高温低应变速率更有利于X100管线钢回复和再结晶的发生;应变速率过高会引起非稳态变形,不利于X100管线钢轧制过程的控制;利用回归分析确定的变形抗力模型能够准确预测X100管线钢的变形抗力,相关系数为0.986。     

Fe-11Mn-4Al-0.2C中锰钢动态变形行为及其本构模型

基于准静态和动态拉伸实验，建立Fe-11Mn-4Al-0.2C中锰钢在2×10^-3~200s^-1应变速率下变形行为的Johnson-Cook(J-C)本构模型.结果表明，应变速率对弹性变形阶段无影响.在塑性变形初期，实验钢强度随应变速率增加而增加，在塑性变形中后期，实验钢强度随应变速率增加而减少.实验钢应变速率敏感性(SRS)指数m随着应变的增加，由0.013逐渐转变为-0.018.基于实验数据建立J-C本构模型，拟合效果不佳，存在5.1%的相对误差;通过改变应变速率强化系数，提出修正J-C模型，模型具有更好的拟合效果，表现出更小的相对误差，约为1.6%.     

初始剪切变形对铅芯橡胶支座性能影响分析

为了研究初始剪切变形对铅芯橡胶支座力学性能与大剪切变形时内部应力的影响规律,首先基于厂家提供的支座规格参数得到铅芯橡胶支座有限元模型,验证试验数据与有限元计算结果模型的正确性;然后分析支座尺寸、形状系数、竖向压力等不同参数,对有初始剪切变形的铅芯橡胶支座100%水平性能、内部钢板橡胶最大应力比的影响,并进行大剪应变下支座内部应力分析。结果表明：与无初始剪切变形相比,铅芯橡胶支座的100%水平刚度随着压应力、初始剪切变形、支座形状系数的变化最大为5%,影响程度较小;有初始剪切变形对橡胶隔震支座100%剪应变条件下的橡胶和钢板应力有一定的影响,但基本未达到橡胶材料的拉伸强度和钢板的屈服强度,支座处于安全状态;有初始剪切变形对橡胶隔震支座250%以上剪应变条件下的橡胶和钢板应力有很大的影响,不同剪应变条件下的橡胶或钢板应力均可能达到拉伸强度或钢板的屈服强度,支座有极大的损伤风险;通过分析,建议支座实际剪应变为400%、350%、300%、250%、200%及100%时,其初始变形分别不能超过0、20%、70%、120%、170%及270%。     

装药形状对两端开口钢筒结构变形规律的影响

采用数值模拟与爆炸实验相结合的方式,研究了装药形状对两端开口圆柱钢筒结构变形规律的影响.采用显式动力分析软件LS-DYNA,并选用Johnson Cook模型模拟钢筒的动态变形,研究了方形、球形和柱形等不同形状装药对无加固圆柱钢筒塑性变形的影响规律,对比实验得到的残余变形测量结果,验证了钢筒计算模型和参数设置的有效性.同时,研究了不同长径比柱形装药对混凝土加固圆柱钢筒结构的影响.结果表明,在相同的装药量下,结构塑性变形与装药的几何形状密切相关.采用大长径比的装药形状,两端开口圆柱钢筒的环向变形明显增大.在设计防护结构时,必须高度重视装药形状对结构变形的影响.     

Fe-6.5％Si钢中温变形过程本构方程

利用Gleeble 3500开展了Fe-6.5%Si(质量分数)钢在变形温度300,400,500,600℃及应变速率为0.05,0.5,5s^-1条件下的单道次压缩实验.在初始均匀塑性变形阶段,加工硬化作用使流动应力迅速增加,随着变形继续动态软化机制启动,流动应力增加量减弱.随着温度升高和应变速率降低,应变硬化指数减小.提出了通过变形温度、应变速率描述应变硬化指数的方法构建Fe-6.5%Si钢中温变形过程本构方程.构建的本构方程对不同变形条件的应力预测结果和实测值吻合良好,平均相对误差约为5.35%,预测精度较高.     

应用Matlab建立高温热变形过程中真应力真应变的计算模型

提出了304不锈钢板状试样在高温热变形过程中，当出现颈缩时以四棱台进行变形的模型．根据在拉伸过程中采集的瞬时载荷、瞬时位移数据，应用Matalab软件建立了其在热变形过程中的真应力真应变计算模型，并把实际测量的截面面积与模型计算值进行了比较．结果表明：模型的计算值与实测值吻合得较好．因此，根据建立的计算模型得到了304不锈钢板带的变形抗力数学表达式．     

EH36船板钢的动态再结晶和变形抗力

通过单道次压缩热模拟实验,在MMS-200热模拟实验机上测定了EH36船板钢的应力-应变曲线,研究了变形温度、变形速率和应变对实验钢动态再结晶行为的影响,并建立了实验钢的动态再结晶/变形抗力模型.结果表明,变形温度越高,应变速率越低,应变量越大,越有利于动态再结晶的发生;计算出的动态再结晶激活能和变形抗力与实测值吻合良好,证明了模型的正确性.     

Q345B钢动态再结晶动力学模型研究

在Gleeble 1500热模拟机上进行Q345B钢单道次压缩变形实验,得到其真应力-真应变曲线,结合加工硬化率曲线,确定了Q345B钢动态再结晶临界应变εC、峰值应变εP和稳态应变εS。根据实验结果得到Zener-Hollomon方程和动态再结晶状态图,利用Johnson-Mehl-Avrami(JMA)方程法得到再结晶体积分数实际值,采用3种不同的再结晶体积分数预报模型对实验数据进行回归,并对再结晶体积分数实测值和预报值进行对比。结果表明,Epsilon-S/Epsilon-C模型精度最高,Epsilon-S模型精度次之,Epsilon-P模型精度最差。     

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.