纯铝挤扭过程数值模拟研究

挤扭(twist extrusion,简称TE)工艺是一种通过材料的剧烈塑性变形,获得块体超细晶材料的有效方法。文章运用有限元分析方法对纯铝的TE过程进行模拟,分析速度场分布、等效应变以及载荷的变化规律;并探讨不同背压和摩擦条件对试样应变及载荷的影响。模拟结果表明,背压能显著提高应变量的大小,并能使试样更好地贴模;摩擦的增大能提高应变量,但载荷同时也显著增大。     

纯铝扭挤新型大塑性变形数值模拟

扭挤(Twist Extrusion, TE)是大塑性变形工艺中研究较少的一种,利用有限元分析软件Deform-3D对纯铝1100在室温下的扭挤变形进行模拟分析,得出了材料在扭挤通道中的变形特点,应力应变及载荷的大小与分布,以及摩擦条件的影响.模拟结果显示:TE过程中,变形主要发生在棱角处,边缘处应力应变远远大于中心处;在制件进入和被挤出螺旋通道时载荷急剧增大,最后略有降低;摩擦的增大导致应变分布不均匀性加剧,且使载荷显著增加.     

等通道转角挤压过程中材料的受力及变形均匀性

利用DEFORM-3D软件对纯铝和纯铜的ECAP过程进行模拟,得到不同挤压路径和模具内角时材料的载荷变化和等效应力、应变分布规律.结果表明:模具内角对材料变形所需载荷有显著作用;内角度数越大变形越易进行,但不利于变形量的累积,90°时材料受力较为均匀.不同挤压路径对材料的变形均匀性影响也不同,Bc路径能最有效地提高材料变形均匀性.     

工艺参数对铝合金微槽道挤压成形的影响

将热处理后的1050铝合金拉伸试样进行等温拉伸试验,获得真实应力-应变曲线,使用Deform-3D软件模拟1050铝合金微槽道的挤压成形过程。分析挤压速度、摩擦因数以及槽道宽高比这些关键工艺参数对材料等效应力-应变曲线分布的影响。结果表明,随着挤压速度和摩擦因数的增大,材料等效应力和应变均变大,变形不均匀性增大;随着槽道宽高比的变大,材料的等效应力和应变整体呈现上升趋势,微槽道板筋处出现了明显的应力集中现象,变形不均匀。根据模拟结果,选取最优参数进行1050铝合金微槽道挤压成形模拟试验,结果显示材料的流动均匀性更好,成形过程更加稳定,所得零件表面精度显著提高。     

压下率对42CrMo钢塑性成形与微结构演化的影响

以热物理模拟试验为基础,得到42CrMo钢发生动态再结晶的数学模型.采用热力耦合的弹塑性有限元法对42CrMo钢圆柱试样在形变温度为1 050℃、应变速率为0.1 s-1的热变形过程进行数值模拟,讨论该热变形过程中压下率对42CrMo钢试样应力/应变分布情况与微结构演化规律的影响.模拟结果表明:在热变形过程中,试样各部位变形不均匀,试样心部的等效应变最大,且变形不均匀性随着压下率增加先增大,然后趋于稳定;试样各部位的等效应力分布不均匀,其最大值一般位于心部大变形区与自由变形区和粘着区的交界处,平均等效应力在压下率约为20%时达到峰值;由于变形的不均匀性导致了动态再结晶的不等时性,动态再结晶首先发生在心部大变形区,然后,向自由变形区和粘着区延伸,而且该条件下动态再结晶临界应变约为20%;试样心部等大变形区的动态再结晶晶粒较细,而粘着区等小变形区的动态再结晶晶粒较粗大,随着压下率的增大,动态再结晶晶粒继续长大.     

工业纯铝等径弯曲通道变形过程的数值模拟

等径弯曲通道变形(Equal ChannelAngularPressing简称ECAP)由于能直接制备块状超细晶材料而备受关注。通过对工业纯铝的ECAP变形过程进行有限元数值模拟,获得了变形过程的载荷变化规律和等效应变分布规律,并用坐标网格法对模拟结果进行了实验验证。在摩擦条件下,试样中区下表面的等效应变最大,至上表面处等效应变为最小。而在无摩擦理想情况下,其等效应变分布恰好相反,这可能是由于试样在ECAP变形过程中所受应力场和应变场的不同引起的。     

镍钛形状记忆合金管滚珠热旋压成形数值模拟

为了获得高性能、高质量的镍钛形状记忆合金薄壁管,尝试采用滚珠热旋压方法进行镍钛形状记忆合金管的成形．通过采用刚粘塑性有限元法对镍钛形状记忆合金管进行滚珠热旋压成形模拟,获得了镍钛形状记忆合金管坯在不同初始温度下的温度场、应力场和应变场,并进行了旋压载荷的预测．模拟结果表明,旋压件主变形区的温升可达100℃以上,故不宜选择太高的旋压初始温度;旋压成形时主变形区处于三向压应力状态,这将有利于提高材料的塑性,从而实现更大程度的塑性变形;主变形区的等效应力和等效应变数值均由外壁到内壁逐渐减小,说明旋压成形时管坯的外壁比内壁更容易满足塑性屈服准则;随着旋压温度的升高,各方向的旋压载荷均呈下降趋势,轴向载荷远远小于径向载荷和切向载荷．     

等通道转角挤压-扭转的纯铜变形行为模拟

采用DEFORM-3D有限元模拟软件对纯铜等通道转角挤压-扭转(ECAP-T)进行模拟研究,研究变形过程中试样的等效应力和等效应变分布及变形路径对等效应变分布的影响,对变形后晶粒的细化效果进行分析.结果表明:相对于单纯ECAP变形,ECAP-T具有更大的应变量和更好的晶粒细化效果;多道次挤压后试样沿Bc路径的等效应变分布最均匀,沿A路径较差;ECAP等效应变主要集中在试样的中心部位,但ECAP-T等效应变主要集中在试样表面;ECAP-T变形后沿Bc路径的晶粒细化均匀性最好,Ba路径次之,A路径最差,且变形后试样纵截面上外侧点的变形均匀性比中心处好.     

7050铝合金热挤压成形过程的有限元模拟

针对传统工程机械用销轴数量多、重量大、工况差等不足,以7050高强轻质铝合金代替传统钢质材料,采用DEFORM‐3D有限元分析软件,对7050铝合金热挤压成形过程进行有限元数值模拟,分析了挤压载荷、金属流动速率、等效应变、等效应力和温度场等参量的变化规律。结果表明,销轴的热挤压变形过程可分为4个阶段,即挤压填充阶段、开始挤出阶段、稳定挤压阶段和终了挤压阶段;工件内部等效应变分布横向均匀性较好,除了尾部变形不均匀外,其他部位应变分布基本一致;在挤压凹模模口处形成死区,工件内部等效应力达到最大值。     

低碳钢等径弯曲通道变形数值模拟及组织分析

对低碳钢等径弯曲通道变形进行了数值模拟，并分析了它的显微组织．通过有限元数值模拟，获得了低碳钢成形等径弯曲通道变形载荷的变化规律和等效应变分布规律．载荷模拟结果表明，摩擦因子越大，变形载荷也越大，当摩擦因子为0．408时，其成形载荷约为无摩擦时的2．1倍，载荷数值模拟与实验结果基本相吻合．此外，结合所揭示的等效应变分布特点，对一道次等径弯曲通道变形后试样横截面上的微观组织分布进行了分析，表明下表面处的材料晶粒细化程度比上表面处的大，因此这种分布特点与等效应变分布是相互一致的．     

高锰无磁钢异步热轧过程数值模拟研究

基于有限元软件MSC.Marc,建立了高锰无磁钢在不同变形参数条件下的二维热-力耦合有限元模型,分析了初轧温度、压下量和异速比对变形区金属流动、等效应力和等效应变的影响规律。研究结果表明:同步轧制时,上、下表面节点速度相等,等效应力、等效应变状态呈对称分布。随着异速比的增加,上、下表面节点和中间层节点速度都表现出逐渐增大的趋势,但增大幅度不一样。变形区心部节点等效应变随着初轧温度、压下量和异速比的增大都表现出增大的趋势,但影响程度不一样。压下量对等效应变的影响最大,异速比次之,初轧温度对其影响最小。变形区心部节点等效应力随着初轧温度的增加,峰值应力逐渐减小;随着异速比和压下量增大,峰值应力逐渐增大。     

固态焊接中的等效压缩变形及应力应变分析

对固态压接升温、保温过程中存在的等效压缩变形现象及其产生进行了阐述，并在试验基础上对伴随等效压缩变形的应力应变进行了分析。结果表明：等效塑性压缩变形是焊件在升温、保温过程中受约束压力作用不能胀大而产生的塑性变形的累积，它提供了形成固态焊接接头所必需的塑性变形。等效压缩变形使焊件在被约束方向上的尺寸保持恒定，而约束压力则在焊件由表及里温升的差异、屈服极限随温度变化的不均匀性以及应力松弛的综合作用下发生增大、持平、快速减小直至缓慢减小的变化。     

材料和构件在循环冲击载荷下的变形断裂研究

本文综合归纳了材料和构件在循环冲击载荷下的变形、断裂规律及机理研究成果，指出材料的变形具有多系滑移难于进行、应变不均匀性大和塑性变形集中在冲击接触点的特点；材料断裂过程为裂纹萌生、扩展和最后断裂过程，组织及实验条件对材料断裂有较大影响。冲击载荷引起的冲击应力波动态效应、体积效应、缺口效应和加载点位置效应对构件的寿命有很大影响。     

卡套式管接头塑性松动机理分析

文章考虑棘轮效应定义的材料本构模型,采用频域积分方法得到位移载荷,对管接头塑性松动阶段的行为进行了数值模拟,并探讨了初始预紧力、侧向载荷、摩擦系数对松动的影响规律。结果表明:在轴向预紧力作用下,侧向循环载荷引起的材料棘轮效应导致结构塑性应变不断发展,引起张紧力的下降;第1圈工作螺纹承担载荷较多,等效应力和塑性应变集中于牙根部位;侧向循环载荷下,连接结构的等效应力、接触应力、塑性应变逐渐增大,同一圈螺纹不同位置的材料受拉压程度不同,应力和应变呈非线性变化;较大的侧向载荷幅值、初始预紧力、摩擦系数会加快塑性松动。     

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。     

ECAP条件下纯铜应变行为的等效应变规律及变形均匀性

借助DEFORM-3D软件对圆型纯铜试样的ECAP变形行为进行有限元模拟,分析试样沿A、Ba 、Bc及C路径各经9道次变形后的等效应变规律及变形均匀性.结果表明,试样沿Bc路径挤压后等效应变值最接近理论应变值,沿A路径挤压后等效应变值偏离理论应变值最大;试样沿Bc路径挤压变形均匀性最好,Ba路径次之,沿C路径挤压变形均匀性较差,A路径最差.     

热镀锌DC54钢板耦合变形的摩擦行为

采用自行研制的耦合变形的摩擦试验机,研究了热镀锌DC54钢带与淬回火处理的DC53冷作模具钢对偶滑块在耦合变形条件下的摩擦磨损行为,并用有限元分析了耦合变形的摩擦条件下钢带沿厚向和摩擦面的应力分布.结果表明,在耦合变形的摩擦条件下,塑性变形是影响钢带摩擦行为的主要因素,随载荷的增加,镀锌钢带与滑块间的摩擦因数增大,磨损越剧烈.     

纯镍N6平面热压缩变形行为及加工图

利用Gleeble-3800热模拟试验机对纯镍N6在变形温度800~1100℃,应变速率5~40 s-1,应变量70%条件下进行了高温塑性变形压缩试验,分析纯镍N6高温高应变速率热变形行为,得到了材料在不同变形参数条件下的组织变化规律及流变应力变化曲线,利用动态材料模型绘制出了纯镍N6在不同应变条件下的热加工图。通过对组织及热加工图的分析研究,得出变形温度为1000~1100℃,应变速率为5~7 s-1或20~40 s-1以及变形温度为800~900℃,应变速率为5~10 s-1为纯镍N6材料高温高应变速率热变形的两个合理变形参数区间,在参数区间内N6组织均匀;而流变失稳区变形参数条件下得到的组织比较紊乱,晶粒大小不一。纯镍N6热变形后的晶粒尺寸随变形温度升高及应变速率减小而增大。     

Ti-6Al-4V合金等径转角挤压有限元分析

运用点迹跟踪法对Ti-6Al-4V合金进行600℃等温条件下的等径转角挤压有限元模拟,探讨其跟踪点的等效应力、等效应变及温度场,分析挤压速度和摩擦系数对挤压过程的影响.结果表明:试样越靠近模具内角点部位的应变率带越狭窄,变形时间越短,则应变率越高;靠近模具内角点或外弧线处的变形过程不稳定且出现振荡;在挤压过程中,因塑性变形热使得试样内部温度急剧升高,最高升幅达100℃以上,对挤压有利且至关重要;在挤压模具转角处,速度和摩擦热对试样的应力场和温度场的核心区域分布影响显著.     

Zr_（55）Al_（10）Cu_（30）Ni_5块体非晶合金轧制塑性变形三维有限元分析

利用ANSYS/LS-DYNA显式动力学分析有限元法对Zr55Al10Cu30Ni5块体非晶合金的室温轧制塑性变形过程进行模拟计算,分析了非晶合金变形区域内的最大剪切应力分布与压下率的关系。计算得出了稳定轧制阶段不同压下率下非晶合金的应力和应变分布。计算结果表明,轧制变形区的最大剪切应力随压下率的增大而增大,并且在最大剪切应力超过屈服应力的局部区域非晶合金发生了非均匀塑性变形。模拟分析的结果与实验研究结果相符合,从而为进一步研究室温轧制变形诱导非晶合金微观结构变化提供理论依据。