2018年, 第25卷, 第4期　
刊出日期：2018-08-28
  

  • 全选
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    综合评述
  • 非理想材料塑性本构关系的研究现状及发展方向
    苑世剑, 何祝斌, 胡卫龙
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 1-10. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.001
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    介绍了金属材料塑性本构关系的研究与应用现状，阐述了塑性本构中屈服方程和塑性位势方程的物理含义及其相互关系，分析了现有塑性本构关系用于工程材料塑性变形分析时存在的主要问题，重点分析了实验数据应用导致的预测误差、屈服方程与塑性位势相关联假设条件所导致的不能同时反映屈服和流动的问题以及数学模型和本构关系基本结构方面存在的问题，讨论了发展非理想材料（各向异性材料、压力敏感材料等）塑性本构关系亟待解决的理论和实验难题，指出了非理想材料塑性本构关系的若干发展方向。突破经典塑性力学的理论体系、建立全新的"非关联"各向异性材料塑性本构关系理论体系，需要在理论模型、实验方法、数值仿真及工程应用等环节开展相关研究。
  • 先进高强度镀锌钢板冲压成形摩擦及表面损伤研究进展
    李贵, 龙小裕, 梁中凯, 杨朋, 柳玉起
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 11-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.002
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    先进高强度镀锌钢板具有高综合力学性能，在外形复杂、强度高的汽车冲压件上有广阔应用前景。但由于受高强度和镀锌层的影响，成形力大导致板料和模具表面间摩擦变化复杂，易产生损伤，其摩擦和损伤机理尚未得到充分揭示。因此，对冲压成形过程中的动态摩擦机理及摩擦过程中超薄镀锌层与模具表面接触所产生的损伤研究进行全面的回顾，旨在揭示冲压成形工艺参数对摩擦的影响及表面损伤的变化规律。应从塑性理论微尺度研究镀锌层在复杂加载路径下的变形行为，构建多因素耦合的动态摩擦模型，完善板料与模具表面的分形接触模型。结合动态摩擦模型计算接触摩擦功，以此建立表面损伤模型，实现表面损伤的动态预测，提高冲压成形精度和产品表面质量，是未来精确板料冲压成形的重要发展趋势。
    • 塑性成形技术与工艺
  • 不对称喷油器体闭塞锻造成形
    杨程, 丁伯艮, 庄晓伟, 王玲, 赵升吨
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 21-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.003
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    为了实现不对称喷油器体的近净成形，根据闭塞锻造和喷油器体零件的结构特点，设计了喷油器体闭塞锻件图。分析了不对称喷油器体闭塞锻造过程中的料重控制、合适锁模力的确定、闭塞模具设计、润滑和锻件尺寸精度控制等关键问题，给出了相应的解决办法。设计了喷油器体闭塞锻造工艺为锯切下料、倒角、称重分选、喷丸、预热、预涂石墨、加热、闭塞锻造和余热处理，并给出了相应的闭塞成形模具及其工作原理。采用有限元、实验和自动化试生产对上述工艺进行了分析和验证，结果表明：闭塞锻造可以高效地获得充填完整、少无毛刺、流线合格的不对称喷油器体锻件。
  • 基于改进响应面模型的冲压回弹工艺稳健性优化
    谢晖, 沈云飞, 王杭燕
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 26-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.004
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    为了减少汽车覆盖件在冲压成形过程中由于不确定因素带来的质量波动问题，针对梁类件自由回弹的问题，将正交试验法与响应面法相结合，以减小自由回弹为优化目标，工艺参数为设计变量，构建评价指标与设计变量之间的响应面模型；并针对响应面精度不足的问题，将以高斯为核函数的径向基函数用于重构响应面模型，以提高响应面的精度与阶次；在此基础上，将近似模型、蒙特卡洛模拟法与遗传算法相结合，建立了稳健性优化模型。通过实例分析，经过稳健性优化之后，零件自由回弹的最大值减小了37.01%且稳健性得到了显著提高。
  • 双通道等径角挤压试样变形不均匀性有限元分析
    薛克敏, 易成坷, 段自豪, 甘国强, 李萍
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 33-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.005
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    通过对双通道等径角挤压变形过程的数值模拟，获得了不同路径4个道次各变形区的等效应变分布图，分析了挤压试样变形不均匀现象及其形成原因。结果表明，双通道等径角挤压中存在4种变形区，其中与冲头接触的区域应变值几乎保持挤压前的水平，该区域的存在是造成试样变形不均匀的主要原因。多道次挤压中试样的均匀性不仅与旋转方式有关，还与试样的放置方式有关。采用A路径的试样应变均匀性优于B路径；采用A路径进行挤压，在2道次挤压后试样左右剪切变形区等效应变呈现一端大一端小的分布状态，在3、4道次挤压中采取大+小剪切变形区处于冲头一侧的放置方式，试样等效应变的均值最高；采取小+大剪切变形区处于冲头一侧的放置方式，制备试样等效应变分布最为均匀。
  • 双级分流模方管挤压过程分析
    玄东坡, 黄东男, 薛江平, 孙磊
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 40-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.006
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    在常规分流模挤压高强空心铝合金型材过程中，由于挤压力过大，常导致堵模和分流桥开裂现象。为此，提出了双级分流模挤压的方法，在常规分流模前增加了具有导向分流作用的导流模，意在平衡金属流动均匀性和提高模具使用寿命。采用有限元结合试验分析的方法对常规分流模和双级分流模挤压方管过程进行了对比研究。研究结果表明：采用双级分流模挤压时，挤出型材头部横断面标准速度场偏差比常规分流模降低了37%，金属流动行为更均匀；挤压力比常规分流模降低了11%；分流桥和模芯位置的最大等效应力比常规分流模分别降低了18.7%和21.3%。
  • 6063铝合金中空构件充液压形成形
    林才渊, 初冠南, 林艳丽
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 46-52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.007
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    为促进铝合金中空构件在汽车上的应用与推广，分别采用数值模拟和实验验证研究了铝合金中空构件在室温下充液压形的可行性，分析了内压对成形结果的影响，总结了成形过程中出现的主要缺陷形式及每个缺陷的发生原因。结果表明充液压形在室温下成形铝合金中空构件是具有可行性的，同时成形时所需内压较低，室温成形时所需压力仅为2~10 MPa。失稳弯曲和死皱是充液压形的主要缺陷形式。适当增大内压可消除失稳弯曲缺陷，控制坯料的膨胀变形即可消除死皱缺陷。虽然弯矩是压形的主驱动力，但对于铝合金而言，当其内压增大至6 MPa时，其成形件的回弹量很小几乎可以忽略。
  • TBM盘形滚刀刀圈轧制成形数值模拟和试验研究
    张小云, 夏婧怡, 仝磊, 夏毅敏
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 53-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.008
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    为了分析盘形滚刀在轧制过程中的变形特点，以17英寸TBM盘形滚刀刀圈为研究对象，依据环件轧制工艺理论，对轧制模具主辊、芯辊和锥辊的运动参数进行了设计；基于DEFORM-3D建立了滚刀刀圈轧制成形的有限元分析模型，模拟分析了刀圈在轧制成形过程中温度场、等效应变场、几何形状和轧制力的变化规律；基于设计的工艺参数和模拟结果，开展了刀圈轧制成形试验研究，验证了研究刀圈轧制成形工艺采用数值模拟方法的可靠性。结果表明：刀圈轧制结束时，其整体温度分布由刀圈芯部到外表面梯度递增，最高温度为1200℃，最低温度为1040℃，等效应变最大值为14.4，最小值为0.178。刀圈稳定轧制阶段，径向轧制力在5×105 N左右波动，轴向轧制力在1.5×105 N左右波动。
  • Invar 36合金厚板四辊滚弯成形及回弹规律研究
    王玉华, 邓景煜, 何雪婷, 肖清明, 孙小峰, 李细锋, 朱富慧, 陈军
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 59-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.009
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    为了分析Invar 36合金厚板的四辊滚弯成形工艺及工艺参数对滚弯回弹的影响规律，进行了不同板料厚度和工艺参数条件下的Invar 36合金厚板四辊滚弯实验，同时基于ABAQUS有限元平台，利用Swift硬化模型、Mises屈服准则，建立了四辊滚弯有限元模型。通过有限元模拟结果与滚弯实验结果的对比发现，随着设定弯曲半径的减小，模拟精度随之提高。总体而言，有限元模拟结果和实验结果吻合度高，利用该有限元模型可精确预测Invar 36合金板料四辊滚弯成形件曲率半径。综合实验和数值模拟结果表明，弯曲半径越大、板料厚度越小、上下辊夹持力越小，则弹塑性变形中弹性应变占比越大，回弹越显著。
  • 铸旋轮毂内轮缘部位数值模拟及工艺优化
    黄长清, 孙钡, 常海平, 李昌海, 朱志华
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 65-73. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.010
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    针对A356铝合金铸旋轮毂旋压成形中出现的内轮缘部位机械性能不足的问题，基于数值模拟方法对内轮缘部位旋压成形过程进行研究分析。通过温度为300~375℃，应变速率为0.0001~0.1 s-1的高温拉伸实验，得到数值模拟中所需的材料参数。运用Abaqus软件建立不同芯模的轮毂旋压模型分析内轮缘部位的成形过程并进行了相应的实验验证。内轮缘部位的旋压成形数值模拟与成形件的微观组织形貌分析结果表明，几种不同的芯模旋压模型中，斜面模型的整体变形量和变形均匀性要远大于原始模型，圆弧模型次之。不同芯模结构和旋轮进给路径对内轮缘部位的影响规律的分析结果，为优化机械性能、改善工艺参数提供了依据。
  • 强力旋压成形工艺参数对连杆衬套力学性能及微观组织的影响
    李兴艳, 赵俊生, 刘继林, 张忠伟, 席奇豪
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 74-79. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.011
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    采用强力旋压对连杆衬套进行单因素试验，并对旋压后试件进行退火处理，以旋压主要工艺参数（减薄率、进给比、首轮压下量）为试验因素，以晶粒尺寸为评价指标，研究了退火后旋压工艺参数对连杆衬套力学性能及显微组织的影响。结果表明：在研究范围内，晶粒尺寸随减薄率的增大而减小；衬套的抗拉强度和屈服强度随减薄率的增加而增大，伸长率和断面收缩率减小；不同进给比下材料的抗拉强度和屈服强度呈先增后减趋势；衬套强度随首轮压下量的增加而增大，塑性降低，其中伸长率变化程度较大。
  • 基于Simufact的QSn7-0.2筒形件正、反旋数值模拟研究
    汤传尧, 樊文欣, 席奇豪
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 80-85. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.012
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    为了得到成形质量高、变形均匀的QSn7-0.2连杆衬套筒形件，采用有限元数值模拟的方法对正、反旋两种筒形件强力旋压的旋压方式进行分析，介绍了两种筒形件强力旋压方式的工艺原理，并制定了相应的成形工艺方案。使用锡青铜作为研究对象，利用Simufact有限元仿真软件，对两种不同的筒形件强力旋压方式的成形过程进行了数值模拟。结果表明，正旋的成形质量好于反旋；正旋的瞬时最大等效应力应变值及径向和切向的最大应力分量的变化幅度均小于反旋；反旋的旋压时间小于正旋，在精度允许的范围内，反旋的生产效率高于正旋。
  • 变形织针矫正模拟与试验研究
    丁浩, 曹雅萍, 朱世根
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 86-90. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.013
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    随机挑选一批次G104变形织针，统计其变形规律，对不同变形量的变形织针进行弹塑性有限元分析，利用有限元分析软件ABAQUS建立织针变形矫正模型，模拟加载-卸载过程，得到变形织针受力后的应力应变分布以及不同变形量织针使用同一矫形轮廓的结果，进而得到变形织针的反向过量矫正夹具的轮廓形状。基于模拟分析结果得出的矫形轮廓进而设计加工机械矫正夹具，利用静压力设备进行实际试验，对比模拟与试验的结果，得到模拟与试验结果基本一致的结论，进而可知利用有限元模拟分析可进行此类零件矫形的前期工作。
    • 材料性能与变形理论
  • 冷滚打花键表层加工硬化模型建立
    崔凤奎, 于翔
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 91-100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.014
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    基于20钢材料的冷滚打花键样本进行了显微硬度试验，研究了冷滚打工艺参数与冷滚打花键表层硬度、硬化层深度、加工硬化程度的关系，建立了冷滚打花键表层加工硬化的回归模型并验证了该模型的可靠性。研究结果表明冷滚打花键表层硬度、硬化层深度、加工硬化程度皆随冷滚打转速的增加而降低，随进给量的增加而增加，且进给量对3个指标的影响大于转速对其的影响；所建立的冷滚打花键硬度峰值与加工硬化程度双因素回归模型的最大相对误差分别为1.20%和4.03%，冷滚打花键表层硬度3因素回归模型的最大相对误差为6.13%，所建立模型可以进行不同工艺参数的冷滚打花键加工硬化指标的预测及优化。该模型的建立旨在优化冷滚打工艺参数，控制冷滚打花键表层硬度，提高花键表层性能。
  • 树脂板多点热成形本构模型研究
    彭赫力, 昝林, 李明哲, 李中权
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 101-105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.015
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    介绍了树脂板多点热成形装置和成形原理，进行了聚碳酸酯（PC）板鞍面件多点热成形实验，获得了形状轮廓较好、厚度分布均匀的实验件。测试了PC板的玻璃态转变温度和其在不同拉伸温度和速度条件下的真实应力-应变曲线，获得了广义Maxwell模型和PC-DSGZ模型的参数。建立了树脂板多点热成形有限元模型，开展了两种本构模型下PC板多点热成形数值模拟。结果表明两种本构模型鞍面件均实现贴模成形，PC-DSGZ模型可以获得更加均匀的应变和厚度分布。数值模拟与成形实验件的厚度对比结果显示PC-DSGZ模型模拟得到的鞍面件厚度与实验结果更接近。
  • 铝合金2219-O热拉伸流变行为研究
    倪军, 罗益民, 甘甜, 于忠奇
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 106-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.016
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    通过热拉伸实验，研究了在变形温度473~673 K、应变率0.001~0.1 s-1条件下铝合金2219-O流变应力的变化规律，并建立材料本构关系。实验结果表明：在所研究的温度和应变率范围内，铝合金2219-O流变应力受到加工硬化和动态回复软化机制的综合影响，随着温度的升高，两种机制逐渐达到平衡状态。该材料属于正应变率敏感材料，流变应力随应变率的增加而增大，随温度的增加而降低。基于Hollomen模型，通过考虑应变、应变率和温度之间的耦合效应，建立了中高温下铝合金2219-O材料本构模型。流变应力的预测值与实验值对比表明该模型能够准确地反映铝合金2219-O热拉伸流变行为。
  • 6082铝合金热变形行为及热加工图
    张彦敏, 陈赛, 葛学元, 王文超, 张丹丹, 宋克兴
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 113-121. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.017
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    在Gleeble-1500D热模拟试验机上对O态6082铝合金进行了热压缩实验，研究了该合金在变形温度300~500℃，应变速率0.01~10 s-1条件下的热变形行为和组织演化；基于Arrhenius双曲正弦本构关系建立了6082铝合金的本构方程；基于动态材料模型（DDM）和Murty法建立了热加工图，并结合微观组织进行验证。研究结果表明：6082铝合金为正应变速率敏感材料，峰值应力随温度的降低和应变速率的升高而升高，热变形过程中的主要软化机制为动态回复，在较高温较低应变速率（500℃，0.1 s-1）时，该合金发生动态再结晶。计算得到该合金的热激活能为171.1539 kJ·mol-1，最佳热加工工艺参数区间为：450~500℃，0.2~0.5 s-1。
  • 超(超)临界火电用新型奥氏体不锈钢的高温塑性变形行为及本构模型
    程晓农, 王皎, 罗锐, 朱晶晶, 杨雨童, 郑琦
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 122-128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.018
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    利用Gleeble-3500热模拟试验机对新型奥氏体不锈钢CHDG-A进行单道次压缩试验，研究了该合金在950~1100℃和0.01~1 s-1条件下的流变应力变化规律及变形组织演变规律。建立了新型奥氏体不锈钢CHDG-A的传统Arrhenius本构模型，耦合应变量后建立改进型本构模型，并引进相关系数R、平均相对误差δ评估改进型本构模型的预测精度。结果表明：在高温热变形过程中，新型奥氏体不锈钢CHDG-A的流变应力值受应变速率以及变形温度的影响显著，且动态再结晶更易在较低应变速率、较高变形温度条件下发生；应用改进型本构模型得到的流变应力预测值与试验值间的相关系数R为0.9944，而平均相对误差值δ仅为1.9952%，说明该本构模型能较好的预测新型奥氏体不锈钢CHDG-A的流变应力。
  • 一种考虑应变路径变化的TRIP钢组合硬化模型
    周驰, 邓军杰, 张文涛, 张迎, 张赛军
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 129-134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.019
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    为提高相变诱发塑性（TRIP）钢的有限元数值模拟计算精度，在板材两步拉伸实验的基础上，建立了一种Voce和Hollomon组合的TRIP钢V/H硬化模型。两步拉伸实验结果显示，当两次拉伸方向的夹角增大时，TRIP钢表现出交叉硬化现象，且随着夹角的增大，其硬化率和断裂伸长率均出现下降。根据上述实验观察，H/V模型引入了以应变路径夹角为自变量的Voce和Hollomon项线性权重系数。随着角度的增大，令Hollomon项权重下降而Voce项权重上升，以此来体现应变路径变化对其硬化行为的影响。为检验所提出的组合硬化模型在大应变范围内对TRIP钢硬化行为的预测能力，建立了两步拉伸的有限元数值模拟模型，并与实验结果进行了对比。相比普通的Voce和Hollomon模型，该组合模型能够更好地重现TRIP钢在应变路径变化后的硬化行为，且具有更高的断裂伸长率计算精度。
  • 尺寸效应影响的双层微梁弯曲特性研究
    姜宝华, 齐强, 孙维丽, 葛伟伟
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 135-140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.020
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    分别基于修正偶应力理论和应变梯度理论，建立了包含尺寸效应影响的双层微梁模型，推导了相应的弯曲控制方程和边界条件。通过两种模型的对比分析，探讨了两种理论的差异以及应变梯度分量在梁弯曲问题中的作用。通过分析自由端受弯矩作用的悬臂双层微梁的弯曲问题发现，两种理论下双层微梁的挠度均表现出明显尺寸效应，并且由于应变梯度理论考虑了膨股梯度和拉伸梯度的影响，其预测的尺寸效应更显著。另外，基于修正偶应力理论的双层微梁中性轴与零应力轴相互重合，且它们的位置保持恒定。而基于应变梯度理论的双层微梁中性轴与零应力轴不再重合，且它们的位置表现出明显尺寸效应。
  • 叠层母线冲裁机理及冲裁特性研究
    蒋崇健, 樊瑜瑾, 梁勇, 吴家喜, 唐军
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 141-148. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.021
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    选取10层母线的上、中、下层微单元进行应力应变分析，并对各层母线在不同间隙下冲裁后的孔径尺寸、孔周边塌陷高度、毛刺进行对比分析。研究表明，叠层母线在冲裁初期，试件与单层母线冲裁变形情况相同，而在冲裁中后期，试件的裂纹扩展由软质凸、凹模刃口相交实现，并且各层母线的裂纹不能继续扩展到下一层；靠近最上层与最下层母线的冲孔直径与凸模直径相差小，孔径周边塌陷高度不明显、毛刺小，而中间层的母线冲裁质量较差；在冲裁中可以通过适当减小模具间隙和施加压边力来提高试件的冲裁质量。
  • A100超高强度钢的动态再结晶行为及组织演变研究
    任书杰, 罗飞, 田野, 刘大博, 王克鲁, 鲁世强
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 149-157. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.022
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    借助Gleeble-3500热模拟试验机研究了A100超高强度钢在变形温度为850~1200℃、应变速率为0.001~10 s-1和变形程度为60%条件下的热变形行为。基于实验数据计算了动态再结晶激活能，通过引入无量纲Z参数表征了动态再结晶的临界应变/应力、峰值应变/应力和稳态应变/应力模型，并绘制了动态再结晶状态图，同时对该钢的组织演变进行了分析。结果表明：该钢的动态再结晶激活能为380.177 kJ·mol-1；随着变形温度的升高或应变速率的下降，Z参数逐渐减小，更容易发生动态再结晶行为，但其晶粒尺寸随之增大，其中在950~1050℃、0.01~0.1 s-1和1050~1150℃、1~10 s-1范围内进行热加工可获得细小、均匀的晶粒组织。根据实验结果建立了动态再结晶晶粒尺寸预测模型，其预测值与实验值具有较高的吻合度。
  • 低碳合金钢高温本构方程及动态再结晶行为研究
    马世博, 侯瑞东, 张双杰, 闫华军
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 158-166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.023
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    利用Gleeble-3800热模拟机对典型低碳合金钢实施了变形温度900~1100℃，应变速率0.01、0.1、1.0和10 s-1，最大真应变为0.6的等温压缩模拟试验。通过对试验数据的回归分析，建立了应变为0.3的表观常数与物理常数Arrhenius型本构方程、动态再结晶动力学模型及运动学模型。结果表明：表观常数与物理常数Arrhenius型本构方程预测值与试验值的相关系数分别为0.9921和0.9879，平均相对误差值分别为3.6753%和5.4266%；临界应变与峰值应变之间存在关系：εc=0.4969εp；在变形温度900~1100℃，应变速率0.01 s-1与变形温度1000~1100℃，应变速率0.1 s-1试验条件下材料发生明显动态再结晶。
  • LA91超塑性变形力学性能研究
    宋昊飞, 郭俊卿, 皇涛, 詹梅, 颜炎, 陈拂晓
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 167-172. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.024
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    以LA91双相镁锂合金板材为研究对象，在不同温度（423、473、523、573和623 K）、不同应变速率（5×10-4、1.5×10-3、4.5×10-3和1.35×10-2 s-1）条件下进行超塑性拉伸试验。结合真应力-应变曲线分析LA91超塑性变形行为。结果表明，提高变形温度或降低应变速率，LA91的伸长率增大，流变峰值应力减小，从250 MPa降至30 MPa。其中，在初始应变速率为1.5×10-3 s-1、变形温度为623 K条件下伸长率最大为187.04%，具有明显的超塑性特征。基于超塑性本构方程得LA91的应变速率敏感指数为0.41，变形激活能为92.93 kJ·mol-1，其超塑性变形机制为晶界扩散控制的晶界滑动。研究结果为LA91双相镁锂合金板材的塑性加工与应用提供了科学依据。
  • 热轧变形量对7085铝合金微观组织与力学性能的影响
    张憬, 卢雅琳, 周东帅, 王健, 李兴成
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 173-180. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.025
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    实验研究了热轧变形量对7085铝合金微观组织、力学性能及位错密度的影响。结果表明，增加热轧变形量能显著影响合金的微观组织和力学性能。随着轧制变形量的增加，合金内部引入大量位错并在晶界处形成位错塞积，合金再结晶程度逐渐增大（当变形量达到80%时，发生完全再结晶），晶粒被显著拉长，晶界处的粗大第二相被破碎，时效态平均晶粒尺寸减小，室温强度增大。而当轧制变形量增加到90%时，晶粒逐渐粗化，导致室温强度有所降低。通过X射线衍射分析数据计算可知，当变形量达到80%时，合金内位错密度最高，位错对强度的贡献也达到峰值。
  • 盐溶液周浸试验对AA5052自冲铆接头静力学性能的影响
    余康, 邢保英, 何晓聪, 曾凯, 邰加琪
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 181-186. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.026
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为探究盐溶液周浸试验对AA5052自冲铆接头静力学性能的影响，对用平模（PFS）和凸模（TFS）铆接的试件进行盐溶液周浸试验，并按不同时间段取出进行称重和拉伸-剪切试验，结果表明：腐蚀试验前后，PFS和TFS试件在各阶段的重量均值均有所变化，说明试件已经发生腐蚀；接头在拉伸-剪切试验过程中失效模式均为下板与铆钉分离，且随着时间的增加，拉伸失效模式并未发生改变；接头的接触部分由于形成了盐薄夹层，使得失效峰值载荷呈现先平稳后上升最后下降的趋势，且下降速率明显大于上升速率；能量吸收值呈现先下降后上升再下降趋势，且后期下降速率明显大于前期下降速率。
  • 基于高温磨损的H13热作模具钢磨损规律和模型研究
    宋宇, 张丰收, 皇涛, 宋克兴, 左鹏鹏
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 187-193. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.027
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    为研究H13热作模具钢高温硬度和高温条件下磨损因子、摩擦因子的变化规律，通过高温硬度试验、高温高速摩擦磨损试验精细化获得了H13热作模具钢硬度、磨损因子、摩擦因子随温度变化规律，结果表明：随温度升高，硬度逐渐降低，摩擦因子呈先增大后降低的变化趋势，而磨损量和磨损因子呈先平稳升高后迅速下降，当温度大于250℃后呈迅速上升趋势。获得了H13热作模具钢磨损量、磨损因子预测模型，建立了摩擦因子随温度变化的预测模型，获得了磨损量与磨损因子、模具硬度的关联模型，为H13热作模具钢挤压过程的模具磨损精确预测提供了数据支撑。
  • 纯度对钛力学性能与组织的影响
    刘克敌, 张凌峰, 熊毅, 任凤章, 任永峰
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 194-198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.028
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    以高纯钛和工业纯钛TA1为研究对象，通过硬度实验、拉伸实验、冲击实验、SEM观察等方法，分析了材料的纯度对其力学性能与组织的影响。研究结果表明：材料纯度提高会使其强度、硬度稍微降低，高纯钛相比于工业纯钛抗拉强度降低10.84%，屈服强度降低5.30%，硬度降低10.84%，而伸长率比工业纯钛提高153.41%，冲击功提高14.40%。钛的纯度提高，对晶粒的影响比较大。纯度越高，缺陷越少，形核率降低，形核困难，晶粒的尺寸较大，材料的塑性提高。晶粒内部多个滑移系可同时开动，从而产生交叉滑移带，导致孔洞在滑移带交叉处产生，表现为具有一定方向性的、韧性较强的韧窝断口。
  • 泡沫铜夹层对单搭自冲铆接头力学性能的影响
    刘佳沐, 何晓聪, 刘洋, 丁文有, 雷蕾
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 199-205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.029
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为探究泡沫铜夹层对单搭自冲铆接头力学性能的影响，采用AA5052铝合金作为基板，以单搭形式进行铆接，对比同质AA5052铝合金接头、加入0.5 mm泡沫铜夹层的接头以及加入1.5 mm泡沫铜夹层的接头，通过试验选择各组接头的最优铆接参数，分析了铆接接头截面的成形质量。基于拉伸-剪切试验研究了各组接头的静力学性能及其失效形式，并分析了其能量吸收性能。结果表明，在AA5052自冲铆单搭接头中加入泡沫铜夹层后的接头成形质量更优，接头的钉脚张开度和残余底厚均增大。拉伸-剪切试验过程中，泡沫铜夹层的加入会使板材弯曲变形程度更大，但降低了最大拉伸位移和能量吸收值。0.5 mm泡沫铜组接头载荷下降，1.5 mm泡沫铜组接头载荷上升。0.5 mm泡沫铜夹层可有效防止接头瞬间失效，具有良好的减震缓冲功能。
  • BFe10-1-1合金动态再结晶行为
    郝齐齐, 曹延峰, 李智勇, 贺城, 王道武, 齐亮
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 206-211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.030
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    采用MMS-100热力模拟试验机对BFe10-1-1合金进行热压缩实验，研究了在温度800~1000℃和应变速率0.01~10 s-1下的动态再结晶行为。基于加工硬化率对合金的应力应变进行分析，得到BFe10-1-1合金的动态再结晶临界应变。结果表明，BFe10-1-1合金在实验条件下发生了回复与动态再结晶，850℃时，0.01~10 s-1下动态再结晶临界应变分别为0.106、0.109、0.103、0.099和0.089，即相同温度下，高的应变速率比低的应变速率先发生动态再结晶；1 s-1时，80~1000℃对应的临界应变分别为0.111、0.103、0.094、0.097和0.096，即随着温度的升高，临界应变数值减小，动态再结晶提前；临界应力随应变速率的减小和变形温度的升高而减小。
  • 基于灰色神经网络模型的强力旋压连杆衬套屈服强度预测
    杨锋, 樊文欣, 李志伟, 秦晋, 李姝, 张厚祖
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 212-216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.031
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    强力旋压连杆衬套的力学性能与旋压参数之间的关系复杂，难以用较为系统的数学公式进行表达。为科学准确预测连杆衬套的屈服强度，采用灰色系统理论，选取旋压工艺参数作为系统相关因素，建立预测连杆衬套屈服强度的GM（0，3）模型，经过后验差检验，模型精度二级，平均相对误差为3.25%。为提高模型精度，利用RBF神经网络对预测残差进行修正后，将模型精度提高为一级。在将外来数据回代检验时，GM（0，3）+RBF模型预测结果相对误差在1%左右。研究结果表明：利用灰色理论建立的GM（0，3）+RBF模型能够较精确的预测连杆衬套屈服强度，且预测能力较强，建模简单快速。
  • 屈服准则对DC05钢板十字拉深变形预测的评价
    薛新, 廖娟
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 217-224. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.032
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    结合国际成形论坛十字拉深实验考题，分别采用Mises、Hill48和Yld2000-2d这3种屈服准则和Hockett-Sherby硬化模型集成的本构模型描述DC05钢板力学行为，并建立三维弹塑性有限元模型，预测十字拉深成形的面内主应变和拉深毛坯外轮廓线。重点关注屈服准则对变形预测精度的敏感性分析，以及DIC测量复杂应变路径下的拉深变形分析。在板材力学行为描述方面，Yld2000-2d能同时兼顾应力和变形各向异性特性，而Hill48只能描述其一。十字拉深成形数值预测与实验测量对比结果表明，材料流动的预测和实验趋势吻合，屈服准则对面内主应变的预测影响非常显著，但是计算和测量结果存在显著偏差；预测结果相对实验测量值均偏低，其中Hill48-R预测面内主应变的能力明显高于其他屈服准则，而Yld2000-2d由于受到应力预测偏差的干扰，反而精度不是很理想；另外，对于复杂外轮廓线预测也存在同样的偏差趋势。
  • 基于Oyane准则的三通阀体横向法兰热成形起裂分析
    翟华, 黄照森, 崖华青, 李贵闪, 吕庆洲, 严建文
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 225-233. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.033
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    针对石油管道中关键的AISI-5140三通阀体多向加载过程中起裂问题，建立了多向加载成形的热力耦合刚粘塑性三维有限元模型，通过改变多组凸模加载顺序，选择合适的三通阀体多向模锻的加载路径，确定了上凸模先工作、水平凸模后工作的加载工艺。针对三通阀体成形缺陷中突出的横向法兰热锻起裂缺陷现象，采用体积成形Oyane断裂准则，设计虚拟正交试验，对阀体成形过程中的开裂进行预测，研究成形过程中加载速度、加载温度、摩擦因子等因素对缺陷形成影响。模拟结果表明，成形末期阀体横向法兰端下缘是材料起裂危险区域，法兰端起裂趋势随着摩擦因子的增大而增大，随着凸模加载速度和坯料初锻温度的增大而减小。试验结果表明，合理的加载顺序和工艺参数可以有效提高三通阀体的成形质量。
  • Mohr-Coulomb断裂准则在高强钢剪切仿真中的应用
    黎聪, 董梁, 张骥超, 李淑慧
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 234-239. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.034
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    基于修正的Mohr-Coulomb（MC）韧性断裂准则得到一种简化的断裂模型，选用1180MS超高强钢材料，设计了两种断裂试样，提出一套材料韧性断裂模型中材料参数识别标定的实验方法。通过拉伸实验，利用数据相关技术（Digital Image Correlation，DIC）测量了两种试样的断裂应变，通过计算得到适用于1180MS钢剪切仿真的断裂准则。进行了剪切实验并结合ABAQUS/Explicit软件进行了2D剪切仿真，将该准则应用到仿真中。结果表明，二维仿真模型能很好的描述剪切断面的形貌特征，仿真中的光亮带、塌角、毛刺高度及断裂带倾角与实验结果符合度较高，从而验证了断裂模型的准确性，为类似材料剪切仿真断裂准则的获取方法提供了参考。
  • 泡沫镍夹层在压印-粘接复合连接十字接头中应用的可行性研究
    初明明, 何晓聪, 雷蕾, 张杰
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 240-244. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.035
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    为了探究泡沫镍夹层在压印-粘接复合连接十字接头中应用的可行性，使用5052铝合金制备5052-5052压印十字接头、5052-5052压印-粘接复合连接十字接头和添加泡沫镍夹层的5052-5052压印-粘接复合连接十字接头。使用MTS材料拉伸试验机对3组接头进行剥离试验。从十字接头的材料成形、承载能力、能量吸收能力方面对试验结果进行分析，并从宏观和微观两方面对接头失效形式进行研究。结果表明：对比3组连接接头的静拉伸失效载荷及能量吸收值证明泡沫镍作为压印-粘接十字接头夹层是可行的；3组接头的失效形式均为颈部断裂失效；添加泡沫镍夹层的5052-5052十字接头相比其他两组具有更好的能量吸收能力。
  • 金属点阵格栅三明治结构低速冲击响应分析
    杨辉, 尹冠生, 李轩, 侯秀慧
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 245-253. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.036
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    为比较几种正多边形金属点阵格栅三明治结构在低速冲击下动态响应的差异，分析影响三明治结构性能的因素，建立金属点阵格栅三明治板在低速冲击下的有限元模型并计算其力学响应。研究结果表明：表观密度相同的情况下，增加三明治板芯层格栅单元边数，能增强面板与芯层所形成的周边连带效应，提高板的抗冲击性能及整体刚度；低速点冲击荷载作用下，三明治板上下面板厚度比在1~2之间是比较合适的，过大或过小会导致材料利用不足或影响结构安全等问题；在保证足够结构刚度的前提下，应尽可能减小芯层壁厚及高度以提高结构吸能效率。
  • 基于XFEM的加载参数对棒料V型槽尖端起裂影响规律
    陈先锋, 张立军, 张德培, 王晓强, 王旱祥, 刘延鑫, 刘永红
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 254-261. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.037
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    为了研究棒料V型槽尖端的起裂机理，利用ABAQUS软件，建立了带V型槽棒料三维有限元模型；采用扩展有限元法（XFEM）在未预制裂纹条件下对V型槽尖端起裂位置、起裂角和临界加载力的影响因素进行了分析。研究结果表明，棒料夹持位置到V型槽中心轴的距离L1、加载位置到V型槽中心轴的距离L2和棒料直径D对裂纹的起裂位置影响很小，起裂位置处于接近V型槽底角半径的1/2处；L1越大、L2和D越小，起裂角越小。根据L1、L2和D对临界加载力的影响规律，给出了起裂时临界加载力的计算公式。最后，通过下料试验对仿真结果进行了验证，获得了合适的一节棒料加载参数L1为15 mm、L2为30 mm。
  • 波动载荷下X80管道轴向表面裂纹疲劳扩展研究
    贾心怡, 马廷霞, 刘维洋
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 262-268. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.038
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    在基于西气东输二线的工程背景下，首先通过实验测得X80管材的应力-应变曲线，为仿真计算提供依据；接着通过Walker公式推导出了基于能量释放率的全尺寸管道疲劳裂纹扩展公式，并通过Python编程将裂纹扩展公式与ABAQUS衔接，对照管道全尺寸裂纹疲劳实验证明了模型的可行性；分析了动静态扩展时裂纹四周的应力变化特点，发现静态扩展时内压高于8 MPa外表面裂纹扩展速度将超过内表面裂纹；最后使用该模型计算了管道在不同应力比及不同形状参数裂纹时的疲劳寿命变化规律，得出了增加管道壁厚和提高应力比有利于延长管道疲劳寿命的结论，为实际管道运行的安全评估提供参考。
  • 包含拉延残余应力的U形薄板工件点焊变形分析
    钟文, 项辉宇, 冷崇杰
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 269-277. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.039
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    以铝合金薄板U形件为研究对象，将拉延成形和电阻点焊顺序耦合，研究了拉延残余应力对U形件焊后变形的影响。在此基础上，将改善应力状态分布的热处理法应用到工件点焊模型，分别在焊前和焊后对U形件整体或局部进行热处理，研究不同条件下U形件的整体变形状态。结果表明：拉延残余应力在一定程度上会约束U形件的焊接变形；对完成拉延加工的U形件进行焊前热处理或焊后热处理，均能减小U形件的整体变形量，且焊前热处理对U形件整体变形量的控制优于焊后热处理；抵消拉延加工中U形件因回弹效应产生的位移偏移量的最有效方案为在焊前对U形件的侧壁进行热处理再进行电阻点焊。
    • 成形装备与智能制造
  • 冷轧过程组合式支承辊过盈配合面微动损伤危险位置预测
    董永刚, 宋剑锋, 朱衡, 史卫
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 278-284. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.040
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    为了准确预测冷轧过程组合式支承辊过盈配合面微动损伤危险位置，首先基于ABAQUS软件对辊套和辊芯装配过程以及板带冷轧过程进行数值模拟，得到了冷轧过程中组合式支承辊过盈配合面的应力分布，并提取过盈配合面对应节点位移数据基于MATLAB软件得到了微动滑移分布以及滑移轨迹，在此基础上得到了过盈装配面微动滑移速度分布，最后考虑过盈配合面平均周向应力、平均径向应力以及微动滑移速度对疲劳裂纹萌生和扩展的影响，得到了摩擦功沿轴向分布规律，并引入修正后的微动损伤评价参数Gc，基于修正后的Gc参数法预测了过盈装配面上微动损伤危险位置。
  • 二次冷轧直喷系统轧前带钢表面析出油膜厚度模型及其影响因素研究
    李秀军, 崔亚亚, 白振华
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 285-290. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.041
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    针对以往现场对于二次冷轧机组直喷系统轧前带钢表面析出油膜厚度没有理论模型、影响润滑控制的问题，结合二次冷轧机组直喷系统的设备与工艺特点，在引入乳化液浓度析出率与乳化液流量剩余率概念的基础上，建立了一套适合于二次冷轧直喷系统的轧前带钢表面油膜厚度模型。选择典型规格产品定量分析了乳化液流量密度、乳化液浓度、乳化液析出距离、带钢入口轧制速度对带钢上下表面油膜厚度的影响，并将其应用到某1220二次冷轧机组的生产实践，编制出了相应的模型计算软件，使用效果良好，给企业创造了较大的经济效益。
  • 基于多体系统理论的闸式剪板机误差分析
    王勇, 王奇, 陈胜, 于珺, 陈达兵
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 291-297. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.042
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    板料制品的制造精度取决于剪板机床的剪切精度，在设计制造过程对剪板机的位置和运动模型进行准确表达和分析有利于改善板料成形精度。以闸式剪板机为研究对象，基于多体系统理论，对闸式剪板机的拓扑结构和几何结构进行了描述；给出了其重要组成构件之间的位姿、运动和误差的表达式，建立了闸式剪板机的运动模型；以一阶敏感度函数为理论基础，对求出的运动模型进行了敏感度分析；找出了位置误差和运动误差的主要误差源，为闸式剪板机设计制造过程中的误差控制和补偿提供了理论依据，并据此在闸剪结构设计中采用三点支承、斜面导轨等措施，有效提高了机床精度。
  • ARAMIS应变测量系统在铝合金材料拉伸试验中的应用
    熊拥军, 刘同成, 闫小青, 杨志
    塑性工程学报. 2018, 25(4): 298-304. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.04.043
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    对5052铝合金板材进行了单向拉伸试验，利用ARAMIS三维光学变形和应变测量分析系统获得了铝合金材料在拉伸过程中的应变场。试验结果表明，利用ARAMIS系统可以动态、准确地测量铝合金板材在拉伸过程中的应变，获得应变云图；通过拉伸过程中各阶段的应变分布云图和不同位置处的应变变化曲线，结合金属学原理，可以深入了解金属拉伸过程屈服阶段吕德斯带的形成以及变化情况，并测量得到铝合金材料发生颈缩失稳现象时的应变集中带，有助于深入了解铝合金材料变形破坏机制。
塑性工程学报
Journal of Plasticity Engineering
ISSN 1007-2012
CN 11-3449/TG

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