2021年, 第28卷, 第1期　
刊出日期：2021-01-28

  

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塑性成形技术与工艺
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  带筋钛合金型材电热耦合仿真与温度场行为分析

  吕海洋, 李东升, 李小强, 金朝海

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.001

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  对钛合金带筋U型型材开展了电热耦合有限元仿真试验。首先建立具有不同厚度加强筋的U型型材有限元模型，计算并赋予加热过程中不同温度下（20~750℃）的对流换热系数。对型材施加电流，以产生的焦耳热作为内热源，同时考虑型材与环境的辐射换热和自然对流换热，进行电热耦合瞬态仿真计算。通过将带筋型材试验结果与等截面型材进行对比，发现加强筋温度有不同程度的下降，这主要是由局部电阻降低、产热功率减小造成的。同时，加强筋与周边型材的热交换使型材也产生了局部降温区，不同尺寸的加强筋和不均匀的电流分布都是影响带筋型材温度分布的因素。为此，进一步研究并总结了筋厚度对降温区域的影响规律。
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  变曲率型材滚弯的压下量逐点设计法及其适用条件

  郑子君, 刘志芳

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 7-13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.002

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  在小变形的前提下，推导出在变曲率型材的滚弯过程中，坯料任意一点的成形过程与附近点的成形过程互不干扰的充要条件是：与塑性曲率对应的弯矩对无量纲弧长的相对变化率小于2。对于给定截面的型材，先通过定曲率滚弯的数值试验建立弹塑性梁的弯矩-曲率关系，再选择合适的辊距使得充要条件成立；然后采用逐点设计的方法求得中辊下压力与弧长的关系；在此基础上通过有限元模拟，完成压下量随进料长度变化规律的设计。以椭圆形目标轮廓为例展示了该方法的工作流程。模拟结果表明，按照此方法设计的压下量进行变曲率型材的滚弯，与原设计结果吻合较好。
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  机械表面处理对冷轧Cu/Al复合板结合过程和结合强度的影响

  牛辉, 锅渺, 贾燚, 韩建超, 郭继保, 王涛

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 14-21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.003

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  研究了机械表面处理（钢丝刷）对冷轧Cu/Al复合板结合过程和结合性能的影响。在冷轧复合工艺之前，对铜板和铝板的原始表面进行不同打磨方向的机械表面处理，分别为平行轧制方向打磨、垂直轧制方向打磨和90°交叉打磨。通过形貌观察，发现机械打磨后的铝板和铜板表面形成条带状脆性/硬化层，其方向与打磨方向一致。平行轧制方向打磨后铜板的表面粗糙度最高，表面形貌和粗糙度是影响复合板结合强度的重要因素。通过轧卡试验研究了冷轧Cu/Al复合板的结合过程，对比分析了复合板的结合性能。结果表明，平行轧制方向打磨制得的复合板剪切强度最高，打磨方向与轧制方向一致对复合板的结合有促进作用，粗糙度越高，复合板结合强度越高。
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  基于各道次载荷近平均分配下的前轴辊锻模具型槽设计

  罗欢, 罗琪, 王奕博, 邹雪勇, 田先兆, 魏科

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 22-28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.004

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  提出了一种基于各道次载荷近平均分配下的辊锻模具正向分步修正方法。首先，基于辊锻模具参数化设计系统，设计初始辊锻模具三维造型；随后，利用有限元模拟获取各道次载荷分布数据，分析不同道次之间的平均载荷差距。对于平均载荷较小的辊锻模具，采用增大相应道次的变形量的方法提升其成形载荷，以此作为修正初始模具型槽尺寸的依据；最后，利用有限元模拟反复迭代更新模具型槽尺寸。将该方法运用于某汽车前轴的辊锻模具设计过程中，结果表明，仅采用二次修正后得到各道次平均载荷的最大差距由701 kN减小至156 kN，减幅达4倍多，说明所提出的辊锻模具正向分步修正方法是可靠且有效的。
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  基于Gray-Taguchi方法的汽车中立柱强度分布多目标优化设计

  刘润泽, 宋燕利, 刘鹏, 冯维

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 29-37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.005

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  基于Gray-Taguchi稳健性优化设计方法，采用动力显式碰撞仿真与网格映射技术，对汽车中立柱的强度分布进行了考虑冲压塑性变形效应的多目标优化设计。首先建立考虑冲压效应的中立柱碰撞模型，分析了冲压效应对中立柱碰撞性能的影响；接着基于正交试验，选择最大侵入位移、最大侵入速度和吸能量3个指标为优化目标，采用Gray-Taguchi优化设计方法得到优化结果，并对最终的优化结果进行了整车侧碰仿真验证。经过优化，中立柱中部节点的最大侵入位移下降了5.6%，最大侵入速度下降了3.9%，吸能量提升了18.8%，即综合碰撞性能得到较大的提升。
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  基于冲压回弹控制的A柱上边梁零件智能设计方法研究

  左哲, 牛超, 陈新平, 胡志力

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 38-44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.006

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  针对汽车车身超高强钢结构件冲压成形回弹显著的问题，基于TensorFlow机器学习框架，以A柱上边梁零件参数化特征为优化对象，建立总长、直弧比、半径等结构特征与扭转回弹之间的非线性函数模型，研究了A柱上边梁结构件智能设计方法。实验结果表明，当网络模型结构为13-12-1时，预测误差最小；可通过遗传算法优化神经网络参数提高神经网络的效率和准确率，将预测误差降低到3.4%；以扭转回弹为目标，基于遗传算法优化零件结构特征参数，并通过数值仿真实验验证了该优化方法的可靠性，实际仿真扭转回弹值与期望回弹值误差在5%以内，说明基于冲压回弹的A柱上边梁零件设计方法可行有效。
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  3A21铝合金微波反射面全工序冲压成形精度传递模型研究

  段嘉鑫, 刘艳雄, 刘鹏

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 45-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.007

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  通过试验得到了3A21铝合金的基本力学性能和成形极限曲线，结合铝合金微波反射面的材料特性和结构特点，完成了铝合金微波反射面的全工序冲压成形仿真分析，提高了预测回弹的准确性。在此基础上，得到了微波反射面全工序冲压成形精度传递规律，并通过响应面Plackett-Burman法和响应面Box-Beknken法建立了全工序冲压成形精度传递模型，对模型进行求解后，得到最优的工艺参数组合：压边力A₁为500 kN、虚拟拉延筋系数A₂为0.17、摩擦因数A₃为0.16、压边力B₁为500 kN和压力机压力C₁为1500 kN。使用最优工艺参数组合进行仿真模拟得到的微波反射面的成形精度提高了9.63%。
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  棒材连续挤压流动特征的模拟与实验研究

  王凌博, 李冰, 赵颖, 运新兵

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 52-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.008

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  为解决棒材连续挤压过程中坯料流动不均匀的问题，利用物理模拟与数值模拟相结合，将模拟结果与实际产品金相组织进行对比，获得连续挤压过程中坯料的流动特征。在物理模拟阶段，为了更直观地展现连续挤压过程中坯料的具体流动特征，采用黏土模拟高温条件下的黄铜合金，并基于自行设计的物理模拟装置挤出黏土棒材，将挤出的黏土棒材取横纵切片进行观察并与数值模拟和产品金相进行对比。经对比分析发现腔体的上侧死区范围小于下侧死区范围，上下两侧的死区范围大于左右两侧的死区范围，且在下侧出现上翻现象，该流动特征会影响产品截面组织分布，腔体横截面死区呈圆环形，纵截面死区呈三角状。对于直径为Φ5 mm的产品，腔体横截面死区面积约占整体的30%，纵截面死区面积约占整体的11%。以上结果表明，腔体内部金属流动不均匀，这是由于连续挤压侧面摩擦驱动力与温度分布不均引起的，通过优化腔体流道，对死区部分进行温度补偿可以使金属流动更加均匀。
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  SiC_f/Ti60复合材料预制体热等静压致密化过程数值模拟

  姚泉, 鲁世强, 王克鲁, 刘剑钊, 黄浩, 王敏涓, 李虎, 解川

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 60-68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.009

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  采用有限元方法对SiC_f/Ti60复合材料预制体的热等静压致密化过程进行了模拟研究，研究分析了预制体中先驱丝排布方式、SiC纤维的体积分数和热等静压工艺参数对复合材料预制体致密化行为的影响。结果表明，SiC_f/Ti60复合材料预制体在热等静压致密化过程中呈现出4个阶段特征；先驱丝堆垛排布方式对预制体的致密化行为有一定的影响，但在致密化的最后阶段，四方和六方排布方式下的致密度趋于相同；增大SiC纤维的体积分数可使热等静压前期的致密度略有增加，但使热等静压后期的致密度略有减小；增大升温速率可较显著缩短预制体完全致密化的时间，而提高升压速率仅少量增加预制体的致密度。
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  基于灰色关联分析的直齿轮冷挤压成形工艺参数优化

  梁强, 张贤明, 贾艳艳

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 69-76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.010

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  针对直齿轮通过式冷挤压成形后端面加工余量大和齿顶塌角大等多目标优化问题，利用基于FORGE软件的模拟分析，对直齿轮通过式冷挤压成形工艺参数进行优化。采用中心复合实验方法设计了4因素5水平的直齿轮通过式冷挤压成形数值模拟方案，基于灰色关联分析和主成分分析法将多目标优化问题转化为关于灰色关联度的单目标优化问题，并应用响应面法构建主要工艺参数与灰色关联度之间的二阶多项式预测模型，通过在可行变量空间内寻优，确定最优工艺参数组合并进行实际验证。结果表明，该优化方法获得的工艺参数组合可以有效降低成形齿轮下端齿顶塌角和下端面外凸。
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  背压加载方式对轻量化压缩机涡旋盘成形质量的影响

  吴进, 王成勇, 何大宏, 李响, 王亮亮, 徐政, 崔澳东

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 77-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.011

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  针对涡旋盘挤压成形过程中金属流动不均匀现象以及峰值挤压载荷过大，模具磨损严重的问题，利用DEFORM-3D对涡旋盘的背压流动控制成形工艺进行了研究，分析了背压成形的原理和金属的变形流动情况。对比研究了恒定背压力、线性变化背压力和两段式背压力等不同背压力加载方式对涡旋盘成形过程中填充度、成形载荷和成形均匀性的影响规律，确定了在变化背压力情况下的后阶段的压力数值的变化趋势。进一步对比分析不同加载方式下的成形结果，发现采用非零初始力线性递增的背压力施加方案为最优方案。
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  哈克抽芯铆钉钉杆冷搓成形工艺研究与优化

  吴艳云, 朱景秋, 吕雷雷, 周伟民

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 85-90. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.012

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  基于外螺纹与花键冷搓成形机理，初步设计哈克抽芯铆钉钉杆上环形沟槽冷搓成形模具，并根据冷搓金属流动规律计算得出毛坯直径。利用DEFORM-3D对冷搓过程进行模拟，观察了成形过程中等效应变的分布情况。利用基于累计分布概率的应变均匀性评价方法与正交试验，研究咬入角、搓制速度和摩擦系数对应变均匀性的影响规律。通过极差与方差分析得出各因素对应变均匀性的影响程度从大到小依次为：摩擦系数、咬入角、搓制速度；最优工艺参数组合为咬入角为2°、搓制速度为200 mm·s^-1、摩擦系数为0.4。最后进行试模验证，实验制件槽形饱满，表面光滑，无裂纹、折叠等缺陷，与数值仿真结果取得较好的一致性。
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  融合BP-ANN-MCSA算法的电弧增材工艺参数寻优策略研究

  权国政, 温志航, 鹿超龙, 张开开, 张建生, 董旭刚, 周杰

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 91-97. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.013

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  为解决电弧熔丝增材过程中工艺参数协同性问题，进行增材工艺参数优化，基于实验与BP神经网络深度学习构建了增材参数与焊道形状的映射关系，建立了增材工艺参数反算模型。将爬山算法进行改进，并与BP神经网络进行深度融合，根据预设电弧增材形貌目标对电弧熔丝增材工艺参数进行寻优，实现了对不同焊道宽高和焊道表面平整度要求下的增材工艺参数优化。最后，通过实验对该模型进行验证，将实验形状参数代入反算模型，将计算所得优化工艺参数与实验预设增材工艺参数进行对比，各项对应参数相对误差的平均绝对值均在5%以内，优化结果有效，证明了该增材工艺参数反算模型及寻优策略的可靠性与实用性。
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  GGLS法在选区激光烧结数值模拟中的应用

  孟娟, 丁浩亮, 温馨, 蔡令令, 严波

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 98-105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.014

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  为准确模拟选区激光烧结过程中的温度场，有效预测零件的热应力和变形，在经典Galerkin有限元法推导选区激光烧结过程的三维温度场计算模型基础上，提出了Galerkin Gradient Least-Squares （GGLS）稳定有限元法的三维温度场计算模型，分别采用两种方法模拟了激光烧结过程中的温度场分布。模拟结果表明：由于聚合物材料的导热系数较小，材料传热困难，在Galerkin法求解温度场过程中出现了明显的温度忽高忽低的数值振荡现象，应用GGLS法可以有效改善数值振荡，获得较为准确的模拟结果。激光扫描结束的地方温度最高，随着距离的增加，温度迅速降低。在零件上表面很薄的一层区域温度最高，沿烧结深度方向向内，温度逐渐降低。
材料性能与变形理论
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  2519A-T87铝合金厚板组织和性能不均匀性研究

  刘文辉, 曹平, 赵晨冰, 黄浩, 朱必武

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 106-113. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.015

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  采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、室温拉伸测试、硬度测试等手段，研究了51 mm厚的2519A-T87铝合金板材不同厚度层的微观组织与力学性能。结果表明：沿板材厚度方向，合金的组织和强度呈不均匀分布。从表层到中间层，晶粒的纵横比增加；合金中第二相沿轧向呈链状分布，表层第二相尺寸均匀、细小，从表层到中间层，第二相尺寸逐渐增大，面积分数逐渐增加；从板材表层到中间层，时效析出相面积分数减小，无沉淀析出带变宽，抗拉强度逐渐降低，伸长率有所增加；表层断裂模式以韧窝断裂为主，从表层到中间层，由粗大第二相引发的孔洞尺寸增大，沿晶裂纹增多，沿晶断裂比例增加。
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  压下率对大厚度比Al/Mg/Al层合板性能的影响

  付文石, 王涛, 马啸昌, 锅渺, 李莎, 黄庆学

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 114-121. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.016

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  采用0.2 mmAl+5 mmMg+0.2 mmAl的组坯方式，400℃保温10 min热轧制得大厚度比Al/Mg/Al层合板，研究了压下率对其界面结合、镁基材组织及拉伸性能的影响。对压下率为41%、49%和60%热轧制备的Al/Mg/Al层合板进行了界面SEM观察、微观组织观察、拉伸实验及拉伸断口的观察。结果表明，大厚度比Al/Mg/Al层合板在压下率为60%时，边部的附加拉应力造成边裂的出现；经41%压下率热轧可实现界面结合，但存在微缺陷，压下率为49%及以上可实现良好结合；压下率对Al/Mg/Al层合板的屈服强度和抗拉强度影响较小，对其伸长率影响较大。随着压下率增加，伸长率先增加后减小。压下率为49%时，伸长率最大为26%，其原因在于该工艺下镁基材的晶粒均匀细小，韧性提高。
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  可溶压裂球和桥塞用GW104+1Zn镁合金挤压组织和性能研究

  苏鹏, 李兵兵, 靳丽, 董杰, 王锋华

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 122-130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.017

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  为了满足石油完井可溶压裂球和桥塞的应用需求，需要开发强度超过500 MPa且可工业规模生产的镁合金棒材。在实验室研发的高强度Mg-10Gd-4Y（GW104）合金基础上，添加质量分数为1.32%的Zn元素，采用可工业规模生产的半连续铸造、热挤压和热处理等常规工艺得到GW104+1Zn合金，并系统地研究了Zn元素和各个工艺参数等对GW104+1Zn合金相组成、微观组织和力学性能的影响规律。结果表明，Zn的添加使得合金中存在LPSO相，LPSO相可以抑制动态再结晶的发生，而动态再结晶过程则会吞噬这种LPSO相。小挤压比和低温挤压有利于获得由未完全动态再结晶形成的双峰组织，双峰组织不仅可以提高合金的强度，而且使其断裂伸长率也保持在较高水平。挤压温度为400℃，挤压比为4时，挤压态合金具有最佳综合性能，其屈服强度为307 MPa，抗拉强度为386 MPa，断裂伸长率为7.6%；峰值时效后合金屈服强度为400 MPa，抗拉强度为521 MPa，断裂伸长率为2.1%，满足实际应用需求。
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  船用曲轴S34MnV钢的物理基参数本构模型及热加工图

  李亨, 张振威, 李润, 朱元健, 刘宁, 阮树荣

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 131-137. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.018

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  采用Gleeble-3500型热模拟机对大型船用曲轴S34MnV钢在变形温度950~1150℃，应变速率0.005~5 s^-1，压缩变形量为60%的条件下进行热压缩试验，获得了S34MnV钢的真应力-应变曲线。基于位错-应力关系和动态再结晶动力学，建立了两阶段的物理基参数本构模型来预测船用曲轴S34MnV钢的热变形流动应力，预测结果与试验结果对比表明，相关系数R和平均绝对相对误差AARE分别为0.986和6.374%，反映了建立的本构模型具有较高的预测精度；通过在Prasad和Murty两种失稳判据下建立的热加工图对比以及微观组织观察，建议S34MnV钢最佳热加工窗口为：应变速率0.03~0.562 s^-1，变形温度为995~1150℃，在此工艺参数下S34MnV钢具有良好的热加工性能。
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  ZEK100-O镁合金薄板拉压非对称各向异性屈服模型研究

  王中美, 唐炳涛, 宋燕利

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 138-146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.019

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  为研究ZEK100-O镁合金薄板室温下的拉压强度差效应及比例加载过程中的各向异性演化，采用CPB06ex2屈服准则，建立等效塑性应变表达式，并利用MATLAB中的优化算法对ZEK100-O镁合金的屈服模型参数进行标定。获得了屈服模型各向异性参数随累积塑性应变的变化规律，归纳出各参数关于累积塑性应变的演化方程。为验证屈服模型的有效性，编写了ABAQUS子程序VUMAT并进行了数值模拟。采用非关联流动法则，预测了ZEK100-O镁合金薄板在准静态、比例加载路径下的变形行为。将模型预测的不同方向的拉伸/压缩屈服应力及厚向异性系数r值与实验结果进行对比，结果表明，CPB06ex2屈服准则能够较准确地描述ZEK100-O镁合金的拉压不对称性。
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  热作模具钢4Cr5MoSiV1的热变形行为及本构模型修正

  邱宇, 李绍伟, 曾元松, 孟强, 罗锐, 董继红

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 147-153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.020

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  借助Gleeble-3500热模拟试验机和光学显微镜研究热作模具钢4Cr5MoSiV1在变形温度为750~1050℃、应变速率为0.001~0.1 s^-1条件下的热变形行为及显微组织特征。结果表明，4Cr5MoSiV1钢的流变应力随温度升高而降低，随应变速率升高而增大；动态再结晶在低应变速率与高变形温度下更易发生；得到4Cr5MoSiV1钢在该变形参数下的热变形激活能为704.73 kJ·mol^-1，建立了应变量为0.2时的Arrhenius高温本构模型，本构参数的拟合相关系数在95%以上。针对传统本构模型的不足，构建了耦合应变量的改进型本构模型，并对本构参数进行了3次、6次及9次拟合。结果表明，9次拟合的相关系数超过97.94%，可以更准确地预测4Cr5MoSiV1钢的热变形抗力。
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  钢铝无铆连接疲劳寿命分析

  杨程, 姚杰, 牛艳, 王瑞静, 康佳

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 154-162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.021

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  为研究异种板料无铆连接接头在不同工况下的疲劳寿命，通过ABAQUS软件建立无铆连接三维模型模拟接头成形过程。基于6061铝合金和304不锈钢板料的机械性能和应力-寿命曲线，利用Fe-Safe疲劳软件对接头进行剪切式、剥离式和综合式3种工况下的振动疲劳数值模拟。研究结果表明，接头承受的应力越大，疲劳寿命越短；随着接头承受应力的增加，接头的疲劳破坏区域也在逐渐扩大。当接头表面存在残余压应力时，有利于接头疲劳寿命的增加；反之，残余拉应力会对疲劳寿命产生不利影响。此外，3种工况中接头承受的应力大小相同时，剪切式工况下的接头疲劳寿命最长，剥离式的接头寿命略短于剪切式，而综合式的接头疲劳寿命远远短于前两种工况。通过疲劳实验验证剪切式接头疲劳寿命时发现，接头中存在残余应力R_s，且0<R_s ≤ 5 MPa。
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  无取向电工钢剪切仿真Johnson-Cook模型参数确定及剪切过程研究

  阎秋生, 焦竞豪, 路家斌, 徐超

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 163-171. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.022

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  为了建模仿真分析无取向电工钢剪切加工过程，首先使用万能试验机对4种35WW300无取向电工钢拉伸试样进行不同应力三轴度的拉伸实验，获得拉伸过程中的载荷-位移曲线和Johnson-Cook模型参数。其次，利用Abaqus有限元软件建立拉伸试样的准静态仿真模型，得到表面光滑、圆弧缺口、V形缺口和剪切等4种试样的应力三轴度大小分别为0.333、0.483、0.550和0.050，并根据拉伸实验数据结合仿真模拟结果进行数据拟合，得到无取向电工钢剪切模拟的Johnson-Cook本构方程和断裂准则模型参数，完成建模。最后，通过无取向电工钢在不同剪切间隙的横向剪切加工实验与数值模拟的特征带参数对比，验证了Johnson-Cook模型及拟合参数对模拟无取向电工钢塑性变形和剪切断裂过程的有效性，表明所建立模型用于仿真分析电工钢剪切过程可行有效。
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  T型焊接接头弯曲疲劳寿命预测方法

  刘德政, 李炎, 罗静, 王友

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 172-178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.023

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  采用数值模拟方法对弯曲载荷下T型焊接接头疲劳裂纹由萌生至断裂过程进行研究，将焊接构件疲劳总寿命分为裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命，提出一种基于缺口效应和断裂力学的疲劳寿命预测方法。首先针对T型接头进行有限元建模，基于应变-寿命曲线与Neuber公式计算T型接头局部应变集中区域的裂纹萌生寿命，并将这一阶段结束时的初始裂纹设为半椭圆形表面裂纹；然后在T型接头中创建与实际裂纹相符的半椭圆形状裂纹，结合Dugdale模型和Westergaard应力函数，根据有限元分析结果迭代计算半椭圆裂纹尖端的真实应力强度因子，建立裂纹尖端应力强度因子随裂纹深度及附加应力变化的拟合公式；最后结合Pairs理论计算焊接构件裂纹扩展寿命，并与T型接头弯曲试验结果进行对比验证。结果表明：基于缺口效应和断裂力学的疲劳寿命预测值在试验结果的两倍误差带内，与试验结果具有较好的一致性；相同条件下，T型接头焊趾应力强度因子相比平面应变状态增加了25%；T型接头弯曲疲劳强度比拉伸疲劳强度高12%。
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  多边形薄壁多胞管的轴向吸能特性研究

  靳明珠, 尹冠生, 姚如洋, 郝文乾, 张博

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 179-188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.024

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  通过数值模拟得到内部添加Y型、三角形和四边形肋板的四、六、八边形薄壁多胞管在准静态轴向荷载作用下的吸能特性，进而基于简化的超折叠单元理论和基本单元法，提出了一种包含正则化平均压溃力修正系数的理论模型，用于预测多边形薄壁多胞管在轴向压溃过程中的响应。研究结果表明：理论预测与数值模拟的结果吻合较好；多胞管的比吸能随着多边形边数的增加而提高；内部添加三角形和四边形肋板比添加Y型肋板的多胞管吸能效果好；修正的正则化平均压溃力与修正系数（有效压溃距离因子）和边厚比有关，且随边厚比的增大而增大；K型单元和包含该基本单元的多胞管修正的正则化平均压溃力最高；八边形-四边形多胞管的吸能特性最佳。
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  H13钢基自润滑模具材料热疲劳裂纹萌发机理

  蒋骋, 王华君, 姚振华, 李梦璐, 刘清阳

  塑性工程学报. 2021, 28(1): 189-195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.01.025

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  采用粉末冶金法制备以H13钢为基体，Cr₂C₃为硬质相及CaF₂为固体润滑剂的高温自润滑热锻模具材料。分别观察H13钢、H13-Cr₂C₃和H13-Cr₂C₃-CaF₂共3种烧结试样表面产生的裂纹及其生长情况，对比分析复合材料的热疲劳性能。通过20~600℃冷热循环100和200次实验发现：在交变热应力的作用下，裂纹优先在预制裂口处呈尖端状萌生，裂纹周围出现不同程度的氧化腐蚀。烧结试样孔隙大小、氧化物团聚和冷热循环内外温差使得裂纹以网状形式扩展，预制裂口的应力集中处热疲劳裂纹萌生扩展情况更为严重。硬质相Cr₂C₃有助于缓解材料的氧化腐蚀，润滑相CaF₂析出后与基体和硬质相发生分离，促进氧化且分布在裂纹周围。H13-Cr₂C₃-CaF₂复合材料的热疲劳性能低于纯H13钢和H13-Cr₂C₃材料。