A Novel Technique to Manufacture Nanostructured Materials by Machining

超细晶和纳米晶材料通常比其粗晶材料具有更高的硬度、强度和更好的耐磨性.切削是一种大批量、低成本制造纳米结构金属和合金的新颖方法.切削是一种典型的大应变加工工艺,它可以在切屑成型的一个单一的变形过程中施加更大的应变,而且也适合高强度的金属和合金,克服了剧烈塑性变形方法的局限性.详细介绍了切削加工的大应变变形、切屑的微观结构和性能,同时提出了一些改进措施和发展前景.     

纳米/超细晶切屑形成机理的有限元研究

建立了大负前角和钝圆半径联合作用的大应变切削模型,采用有限元分析软件模拟较低切削速度下刀具前角和钝圆半径对切屑形态、等效应变、应力、应变速率、切削温度和主切削力的影响.结果显示,随着刀具前角的减小和钝圆半径的增加,切削变形区中的等效应变、应力、应变速率、切削温度和主切削力均有一定程度的增加,且刀具前角比钝圆半径影响更为显著;负前角切削时,钝圆半径的作用明显减弱;大负前角低速切削时,切屑在相对低的温度、较高的应变速率和应力下发生大剪切应变,形成具有纳米/超细晶结构和高硬度的切屑材料.     

大应变切削制备纳米晶/超细晶切屑形成机理的有限元研究

本文建立了大负前角和钝圆半径联合作用的大应变切削模型,采用有限元Deform分析软件模拟较低的切削速度下,刀具前角和钝圆半径对切屑形态、应力、应变、应变速率、切削温度和切削力的影响。实验结果显示,随着刀具前角的减小和钝圆半径的增加,切削变形区中等效应变、应力、应变速率、切削温度和切削力均有一定程度的增加,且刀具前角相比钝圆半径具有更加重要的影响,而负前角切削时,钝圆半径的作用明显减弱。大负前角低速切削条件下,切屑在相对低的温度、较高的应变速率和应力下发生大剪切应变,形成具有纳米晶/超细晶结构和高硬度的切屑材料。     

粗大奥氏体晶粒中应变诱导铁素体形成特点

观察粗大奥氏体经不同应变后的淬火组织,分析应变诱导铁素体的形成特点．结果表 明：奥氏体晶粒尺寸影响应变诱导铁素作的形成方式;在形变初期粗大奥氏体（～２５０－μｍ）应变诱 导铁素体主要在晶界、退火孪晶界形核,随应变增加,可通过形变带形核：而尺寸较小的奥氏体 （～７ μｍ）,铁素体形核主要在晶界;随奥氏体晶粒尺寸增大,形变带上形核比例明显提高,而在 晶界形核的比例减小．     

切削强烈塑性变形对材料微结构及硬度的影响

金属切削过程中,剧烈的大剪切变形可以产生具有超细晶结构的切屑从而使其获得了比本体材料更高的硬度和强度。本文对比了不同的金属和合金在各种刀具前角和切削速度条件下,切屑上产生的剪应变、切屑的微结构及其硬度的变化规律。实验结果显示随着刀具前角的减小切屑的微结构得到显著细化,其硬度随之得到极大地提高;而切削速度的减小提高了切屑的硬度但其微结构的变化不甚明显;采用负前角刀具在较低的切削速度下能加工出具有超细晶结构和高硬度的切屑材料,而切削速度的提高将使大剪切变形引起的硬度增长减弱。     

切削大变形对材料微结构及硬度的影响

在金属切削过程中,剧烈的大剪切变形可以产生具有超细晶结构的切屑,从而使其获得比本体材料更高的硬度和强度.文中比较了不同的金属和合金在各种刀具前角和切削速度下,切屑上产生的剪应变、切屑的微结构及硬度的变化规律.实验结果显示:随着刀具前角的减小,切屑的微结构显著细化,其硬度随之极大提高;切削速度的减小提高了切屑的硬度,但对其微结构的影响不甚明显;采用负前角刀具在较低的切削速度下能加工出具有超细晶结构和高硬度的切屑材料,而切削速度的提高将使大剪切变形引起的硬度增长变缓.     

高分子共混物分散相的剪切形变与仿射形变

研究了简单剪切流场中两相共混物分散相的剪切形变，得出了分散相形变及取向角与剪切应变的关系式，与仿射形变对分散相形变的预测相比，剪切形变的预测值与实验值相符得较好，它从流体力学角度揭示了分散相层状分布的机理，在大应变的情况下，仿射形变和剪切形变和剪切形变对分散相形变度的预测趋于一致，在大应变和小应变的情况下，分散相取向角的剪切形变预测值与Ｔａｙｌｏｒ和Ｃｏｘ理论相符。     

1-1型OPCM驱动元件的研究

研究了具有压电正交异性特性的片状压电复合材料及其压电正交异性复合材料 (Ortho tropicPiezoelectricCompositeMaterials ,简称OPCM )驱动元件的构造机理、性能 压电正交异性复合材料在相互垂直的两主方向上呈现出明显的压电特性差异 ,作为驱动片 ,片状压电正交异性复合材料在相互垂直的两主方向表现出相反的变形 ,该特性符合一般工程材料的变形规律 它在对结构的形状和位移控制以及在自适应结构中作为驱动元件较之常规的压电驱动材料有其独特的优点 实测表明 :OPCM驱动元件的纵向诱导应变是PZT驱动元件的 1.2 8倍 ,OPCM驱动元件的纵向诱导应变是其横向诱导应变的 1.30倍 ,且方向相反 ,显示出压电正交异性复合材料驱动元件产生横向负向诱导应变的优越效能     

金属切屑中绝热剪切变形

分析金属高速变形的绝热剪切塑性失稳现象,并引入金属切削领域,阐述金属切屑中热塑失稳机理,并讨论绝热剪切带的特征.     

塑性变形工艺在变形镁合金晶粒细化中的应用

综述了热挤压、轧制、大塑性变形挤压等不同塑性变形工艺在变形镁合金晶粒细化中的应用研究进展,认为目前变形镁合金发展的主要瓶颈是低加工速率导致相关产品的成本居高不下,未来将通过大尺寸半连续铸锭的多外场晶粒细化和细晶镁合金快速加工技术等予以解决。     

焊接热循环和拘束应变对HAZ疲劳特性的影响

采用焊接热模拟技术研究了焊接热循环和拘束应变对ＥＨ３６ＭＯＤ钢热影响区（ＨＡＺ）粗晶区疲劳特性的影响，结果表明，试验材料焊接粗晶区呈现Ｍａｓｉｎｇ特性，所建立的滞回能计算公式的计算值与试验吻合得较好，在０．５％的恒应变幅低周疲劳试验中，试验材料中在２种热循环和不同拘束应变下，均呈现出较微弱的循环软化现象，焊接拘束应变，有提高ｔ８／５＝６ｓ时粗晶区的低周疲劳寿命，但却使ｔ８／５＝５０ｓ时的低周疲劳寿     

Mantle superplasticity and its self-made demise

The unusual capability of solid crystalline materials to deform plastically, known as superplasticity, has been found in metals and even in ceramics. Such superplastic behaviour has been speculated for decades to take place in geological materials, ranging from surface ice sheets to the Earth's lower mantle. In materials science, superplasticity is confirmed when the material deforms with large tensile strain without failure; however, no experimental studies have yet shown this characteristic in geomaterials. Here we show that polycrystalline forsterite + periclase (9:1) and forsterite + enstatite + diopside (7:2.5:0.5), which are good analogues for Earth's mantle, undergo homogeneous elongation of up to 500 per cent under subsolidus conditions. Such superplastic deformation is accompanied by strain hardening, which is well explained by the grain size sensitivity of superplasticity and grain growth under grain switching conditions (that is, grain boundary sliding); grain boundary sliding is the main deformation mechanism for superplasticity. We apply the observed strain-grain size-viscosity relationship to portions of the mantle where superplasticity has been presumed to take place, such as localized shear zones in the upper mantle and within subducting slabs penetrating into the transition zone and lower mantle after a phase transformation. Calculations show that superplastic flow in the mantle is inevitably accompanied by significant grain growth that can bring fine grained (≤1?μm) rocks to coarse-grained (1-10?mm) aggregates, resulting in increasing mantle viscosity and finally termination of superplastic flow.     

局部受载工况下的轮胎受力分析

轮胎属于汽车唯一与地面接触的部件。轮胎性能的好坏,对汽车行驶的安全性有着极大影响。以175/70/R14轮胎为研究基础,通过有限元分析软件分析了轮胎在6种不同局部受载工况下的变形、应力、应变情况。分析表明,与正常静载工况相比,轮胎应力、应变和整体变形情况较复杂,且呈不对称性。与异物接触的胎体区域变形较大,胎侧部位和三角胶部位变形较小;应变较大区域主要集中在异物突起部,其它部位应变较为稳定。此分析结果为纠正非正常泊车,降低轮胎受损情况,消除汽车安全隐患有实用性参考价值。     

大变形扭转剪应变定义的误差分析

以变形前互相垂直线元角度改变量的正切为工程剪应变的度量,考虑圆杆塑性大变形扭转的Swift效应或轴向伸长效应,从变形分析角度指出,实心圆杆大变形扭转时从变形分析角度给出的定义能够准确描述剪应变,而由小变形推广得到的两种定义将产生误差.黄铜实心圆杆塑性大变形扭转的结果进一步表明,在小变形情况下,三种剪应变定义均适用,随着变形的增加,由小变形推广得到的两种剪应变定义将产生的误差也增加.     

基于LS-DYNA的金属切削加工有限元分析

采用有限元法对金属的切削加工过程进行了模拟,得出了工件内部应力、应变及温度的变化规律.模拟结果表明,切屑是切削层材料受到刀具前刀面的推挤,沿某一斜面发生剪切滑移形成的;切削进入稳定阶段后,材料的最大等效应力保持在某一值附近波动;钝圆半径的挤压导致成形表面产生残余应力;切削热主要集中在切屑上,切屑温度从切屑底层到外层逐渐递减.该方法弥补了实验方法冗繁的缺点,为金属切削原理的研究、切削加工工艺的设计提供了高效的方法和理论依据.     

Static and Metadynamic Recrystallization of Low Carbon Steels During Mechanical Deformation

Static and metadynamic recrystallization models were developed with the coefficients determined by multiple nonlinear regression analyses to describe microstructure evolution in low carbon steels.The effects of initial grain size, deformation temperature, strain, and strain rate on the austenitic recrystallized volume fraction and grain size were studied using a Gleeble machine. The results show that deformation reduces the grain size when the recrystallized volume fraction is large. The static recrystallized volume fraction increases with increasing deformation temperature, strain, and strain rate, and decreasing initial grain size. The grain size during metadynamic recrystallization is independent of the deformation strain and the initial grain size. The recrystallized volume fraction, the grain size, and the grown grain size calculated by the correlations are consistent with the measured values.     

高强度钢正交切削过程中剪切变形局部化研究

通过正交切削实验对高强度钢30CrNi3MoV锯齿形切屑内剪切变形局部化的临界切削条件和绝热剪切带的分布规律以及微结构特征进行了研究．结果表明,因切屑剪切区内发生剪切变形局部化,在一定临界切削速度下切屑由带状屑转变为锯齿形切屑;对临界切削速度的理论预测和实验结果基本一致．随着切削速度的增加,剪切带的宽度和间距随之减小．在锯齿形切屑内发现两种剪切带即形变剪切带和白色剪切带．TEM观察表明,白色剪切带中心为等轴晶粒,剪切带内的组织结构经历了一系列复杂的演变过程．     

轴对称平面应力大塑性变形问题的解析解

轴对称平面应力的大塑性变形问题是一个复杂的非线性问题；既是物理非线性，又是几何非线性．本文从塑性力学的基本方程出发，采用增量理论导出了该问题的速度方程──一个二阶非线性偏微分方程．通过变量代换进一步给出了该非线性偏微分方程的解析解．并根据具体的边界条件对变形区内应力、应变的分布以及变形高度及其随变形程度变化的规律进行了分析．在小变形条件下，增量理论与全量理论的结果完全一致．本文的结果为分析环形薄板复合成形规律和成形高度提供了理论基础     

真空联合堆载预压大变形固结有限元分析

利用有限元分析软件ABAQUS,分别采用小应变理论和大变形理论,对真空联合堆载预压法处理软基进行了仿真和固结分析．根据固结度等效原则,将砂井地基转换成平面应变砂墙地基,将模拟数据与某公路监测段监测数据进行对比,结果表明,用大变形理论处理深厚粘土软基更为合理．     

基于相对自由度壳的非线性动态分析

为了简便有效地解决板壳结构的大变形问题 ,针对16节点相对自由度壳单元进行研究。该单元的位移场由壳的中面节点位移和上表面节点的相对位移组成 ,不带有转动变量。所有的研究都是基于完全的三维位移、应力、应变场。利用 Hu- Washinzu变分原理 ,采用拟应变法 ,对应变场另行假设 ,能够改善该单元在大变形情况下的计算精度。通过引入 Wilson非协调模式 ,构造了大变形情况下的拟应变场表达式 ,给出了该单元用于解决非线性动力分析问题的有限元求解方程。算例表明 :该文针对相对自由度壳单元提出的方法及推导的公式 ,能够解决壳的弹塑性大变形动力分析问题