2021年, 第28卷, 第12期　
刊出日期：2021-12-28
  

  • 全选
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    综合评述
  • 夹杂物对金属材料成形及断裂影响的研究进展
    吕刚, 何建丽, 赵卫东
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 1-11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.001
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    金属材料中夹杂物的存在破坏了材料的连续性和均匀性,易引发局部应力集中,导致微裂纹的产生。而揭示夹杂物大小、形状、性能、体积分数及不同变形条件下夹杂物与基体间的连续性对材料韧性断裂的影响规律是研发高性能合金结构材料长期以来面对的挑战。综述了金属材料中夹杂物对材料性能的影响,分析并讨论了等效夹杂物的方法,包括Eshelby方法,Mori-Tanaka方法,自洽方法,Voigt和Reuss的上、下限方法。概述了多尺度数值模拟夹杂物致裂的研究进展,并对夹杂物研究的发展趋势进行了展望,探讨了多尺度数值模拟用于夹杂物研究存在的问题。
    • 塑性成形技术与工艺
  • 汽车用大型复杂冲压件拉延回弹仿真
    赵坤民, 高岩, 赵德望, 任大鑫, 龚春忠, 许赢
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 12-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.002
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    为了分析有限元仿真技术在计算复杂大型冲压件拉延回弹中的问题,系统研究了仿真参数对回弹的影响,发现了准确预测回弹的关键仿真技术,对复杂冲压件的工艺和模具设计提供理论指导。以某汽车后地板拉延成形为例,分析了板料初始网格尺寸、单元类型、厚向积分点个数、冲压速度、压边圈控制方式和材料本构模型对回弹的影响,发现准确计算复杂冲压件拉延回弹的关键仿真技术在于合理设置压边间隙和压边力,以及采用合理的材料本构模型。根据具体的模具标准设置了压边间隙;压边力要接近实际值,可以根据拉延筋的布置、截面形状及板料强度,或者参考位移控制压边圈的仿真结果对压边力进行估算;材料本构模型的强化法则对回弹影响最大,随动-各向同性混合强化法则预测回弹最准确。
  • 金属薄板后屈曲变形与回弹的数值模拟研究
    何乃辉, 徐天娇, 陈扬, 韩先洪
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 21-28. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.003
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    研究了304不锈钢薄板在受到面内压缩载荷后发生的屈曲与后屈曲变形及回弹现象。基于通用有限元软件LS-DYNA对比分析了几类典型本构模型对屈曲变形的模拟精度。通过与单向屈曲成形实验进行对比,发现后屈曲变形的数值模拟精度较依赖于硬化模型,对屈服准则较不敏感;而各向同性硬化模型相比于随动硬化模型具有综合优势。利用优化的Barlat屈服准则和Hollomon各向同性硬化模型计算形状复杂的双向屈曲问题,模拟结果与实验结果吻合良好。
  • 基于响应面与遗传算法的汽车油箱托盘仿真优化
    嵇友迪, 龚红英, 贾星鹏, 申晨彤, 周志伟, 徐培全, 廖泽寰
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 29-35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.004
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    在汽车油箱托盘拉深成形过程中,以压边力x1、冲压速度x2、摩擦系数x3和模具间隙x4作为汽车油箱托盘拉深成形质量的影响因素,以板料的最大减薄率y1和最大增厚率y2作为仿真优化目标,通过设计响应面试验,基于DYNAFORM软件进行仿真模拟,获得样本数据,得到最大减薄率y1和最大增厚率y2的多项式回归响应模型,结合带精英策略的非支配排序遗传算法NSGA-Ⅱ对多目标优化函数进行优化求解。工艺参数优化结果为:压边力73 kN,冲压速度1 m·s-1,摩擦系数0.15,模具间隙1.575 mm,采用优化的工艺参数进行仿真试验,结果表明,成形件质量得到改善。
  • 扭转颤振复合挤压数值模拟
    孙克锐, 徐海利, 杨庆华
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 36-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.005
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    分析了铜壳零件加工工艺,拟定了加工方案。以反挤压工序为例,提出了一种新的扭转颤振复合挤压方法。基于有限元分析软件Deform-3D分别建立了传统挤压、轴向振动辅助挤压以及扭转颤振复合挤压有限元模型。分析了不同加载方式下,冲头旋转挤压速度、凹模振动速度与成形载荷的关系,探讨了镦粗区、环形区和挤压筒区的金属流动规律和速度分布,应变变化规律和应变分布。结果表明:与传统挤压相比,轴向振动辅助挤压和扭转颤振复合挤压能降低平均成形载荷,且成形载荷呈振荡式变化,振荡频率与施振频率相同;扭转颤振复合挤压的最大成形载荷较轴向振动辅助挤压降低约10%。扭转颤振复合挤压的金属流动速度最快,速度间断线位于镦粗区和环形区中部,环形区金属流转角最小,金属流动更顺畅、平稳,可以有效减少折叠和空洞等缺陷,提高成形件性能。扭转颤振复合挤压变形死区范围最小,过渡区范围最大;在成形后期,变形死区消失,镦粗区和环形区应变分布趋向均匀。
  • 钛铝复合板振动铸轧成形界面性能实验研究
    王文基, 王宇浩, 王一帆, 李凌霄, 于凤琴, 杜凤山
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 44-50. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.006
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    为了提高层状复合材料的界面强度,提出了振动铸轧复合技术,并自主搭建了振动铸轧复合试验平台,以此为基础制备了非振动工况与振动工况下的钛铝复合板。对两种工况下的复合板进行了剥离强度测试以及剥离面和复合界面的SEM和EDS检测与分析。测试结果表明,振动的引入不仅使沿轧制方向的平均剥离强度从8.95 N·mm-1提升到16.55 N·mm-1,而且提升了钛铝界面结合的均匀性,改变了非振工况下犬牙交错的结合界面形貌,使得结合界面整体平整、过渡光滑,同时大幅度消除了铝侧由于铸造产生的孔洞缺陷,扩散层厚度从6μm减薄到4μm。
  • 基于蛇形轧制与同步轧制协同的高锰钢轧制工艺
    徐龙飞, 孔玲, 戚向东, 王玉辉, 彭艳
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 51-62. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.007
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    提出一种先利用蛇形轧制提高板带轧制应变渗透性,再采用同步轧制对板形进行修正的轧制协同工艺。建立了高锰钢板蛇形轧制与同步轧制5道次冷轧有限元模型,对20、15和10 mm这3种厚度板材的等效应变进行了分析。结果表明,与同步轧制相比,蛇形轧制可有效增加高锰钢板的心部渗透性,3种厚度的蛇形轧制钢板的心部等效应变最终增幅分别为36.6%、37.9%和40.3%;在蛇形轧制中,沿快速辊的钢板表面等效应变最终增幅分别为22.4%、27.0%和23.9%,沿慢速辊的钢板表面等效应变最终增幅分别为11.4%、3.8%和-4.5%。随着轧制道次的增加,3种厚度的蛇形轧制钢板相比于同步轧制钢板的心部等效应变增幅均为先增后减,3种厚度的蛇形轧制钢板的等效应变最小值均逐渐靠近沿慢速辊一侧的钢板表面。随着辊速比和错位量的增大,蛇形轧制钢板相比于同步轧制钢板心部等效应变增幅均为先增后减。对5种压下量分配类型进行对比分析可知,蛇形轧制板材的最大平均等效应变值为压下量先增后减型。利用离散系数分析发现,采用压下量递减型的方式进行蛇形轧制最有利于沿板厚方向的等效应变均匀分布。最后,利用同步轧制对蛇形轧制引起的板形问题进行了修复。
  • H65黄铜链牙轧制成形
    周树平, 刘红生
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 63-73. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.008
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    为探索H65黄铜链牙轧制成形规律,采用数值模拟与实验相结合的方式探究了轧制工艺参数对轧制成形的铜型材横截面的金属流动、应变分布和几何尺寸及铜型材表面质量的影响规律,在最佳工艺参数下探究了链牙的力学性能和微观组织的分布规律。结果表明,当摩擦系数高于0.2时,轧制后的铜型材表面发生金属折叠,过高的摩擦系数(>0.2)和轧辊角速度(>25 r·min-1)易降低链牙尺寸精度和导致链牙轧制成形失败。采用最优参数为摩擦系数为0.1和0.2,轧辊角速度为19和22 r·min-1时,链牙力学性能和微观组织分布表明,在最优轧制工艺参数下可获得良好的链牙力学性能,有效保证链牙强度。
  • 铝锂合金夹层的铆接均匀性
    刘登伟
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 74-80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.009
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    针对2060-T8E30铝锂合金在全夹层厚度内的铆接均匀性问题,首先采用Abaqus软件建立了原1/4几何结构的有限元对称模型,再通过相同牌号铝锂合金夹层材料及同一牌号规格铆钉的自动钻铆实验,从镦头高度、镦头直径和干涉量3个方面验证了有限元模型的正确性。然后以铆接后的铆钉直径样本标准差为衡量指标,运用该模型研究了压铆力、钉孔间隙以及铆钉长度对铝锂合金夹层铆接均匀性的影响。结果表明,2060-T8E30铝锂合金的铆接均匀性随压铆力的增大而降低,随钉孔间隙的增大而降低,随铆钉长度的增加而提高。对于厚度为4 mm的2060-T8E30铝锂合金夹层,在配合NAS1097AD6-6铆钉进行自动铆接时,推荐压铆力23 kN、孔径Φ4.84~Φ4.92 mm、铆钉长度8.80~10.40 mm。
  • 大型异形环件径-轴向轧制芯辊运动自适应控制
    王雨, 谢丹, 何珞玉, 徐戊矫, 吴道祥
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 81-89. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.010
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    为了快速设计出适用于大型异形环件轧制的芯辊进给策略,基于环件外径匀速增长原则开发了一种芯辊运动的自适应控制算法,并引入了轧制缺陷的反馈机制以确保轧制稳定性。基于Abaqus平台,利用VUAMP子程序实现了该算法在环件轧制有限元模拟中的应用。利用该算法计算了异形环件在3种不同外径增速下的成形,分析了3种方案下的芯辊速度、圆度误差以及实际环件外径增速。结果表明,方案2即环件外径增速设计值为3.5 mm·s-1时,轧制过程的稳定性最高。依据方案2完成了实际异形环件轧制生产实验,实验环件成形良好,外径变化与计算值吻合较好。
  • 导管校形有限元分析系统研究
    赵正大, 宦蕾, 王博雅, 寸文渊, 何瑞, 鲍益东
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 90-96. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.011
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    为了减少带应力装配和重新成形的影响,增加导管寿命,缩短飞机装配周期,对典型导管校形工艺原理进行研究,确定了导管校形的衡量指标,使导管校形过程规范化。为了提高有限元分析效率,降低软件使用难度,使用Python编程语言对ABAQUS软件进行了二次开发,开发了导管校形有限元分析系统。该系统能够快速建立导管校形有限元模型,输出不同类型导管的校形极限角度并进行相关性能指标的计算。选取典型航空导管,利用导管校形有限元分析系统进行校形分析,并进行实验验证。结果表明,该系统操作简单、计算精度高,可实现航空导管校形过程的快速模拟,大大减少了有限元分析的前处理时间。
  • 6061-T6铝合金无针搅拌摩擦焊全焊缝力学性能研究
    朱海, 于明玉, 郭春成, 张剑
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 97-102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.012
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    根据无针搅拌摩擦对接焊接过程的特征,研究了下压量对6061-T6铝合金薄板对接焊缝起始端、中间段与尾端力学性能及宏观形貌的影响。结果表明,焊缝起始端、中间段和尾端的拉伸载荷随下压量的增加呈现先增加后减小的趋势;与中间段相比,起始端和尾端容易形成缺陷,中间段缺陷形态呈圆滑过渡,而起始端与尾端缺陷形态几乎垂直于板材;在不同阶段,下压量对力学性能的影响不同,当下压量为0.35 mm时,起始端拉伸载荷可达到1.49 kN,相当于母材的70%;下压量为0.30 mm时,中间段拉伸载荷可达到1.99 kN,相当于母材的88%;下压量为0.40 mm时,尾端拉伸载荷可达到1.41 kN,相当于母材的68%。
    • 材料性能与变形理论
  • QP980和QP1180的塑性变形及断裂行为
    魏星, 钟勇, 彭周, 刘渊媛, 连昌伟, 张祥林
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 103-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.013
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    完成了QP980和QP1180两种超高强钢从准静态到500 s-1应变速率范围内的拉伸实验,归纳了应变速率对QP980和QP1180力学性能和断裂特性的影响规律,分析了高应变速率下QP钢的塑性断裂机理。结果表明,应变速率从准静态上升到500 s-1,QP980和QP1180的屈服强度和抗拉强度均略微增长,均匀伸长率和断裂伸长率也随应变速率的增加而增加。但是两种材料的纵向断裂应变随应变速率的增加而波动变化,此外,QP1180相比QP980具有较大的断裂应变和更优良的断裂塑性。不同应变速率下,QP980和QP1180断口均呈圆形韧窝形貌。随应变速率的增加,圆形韧窝直径逐渐增大,韧窝深度变深。在相同应变速率下,QP1180圆形韧窝的直径和深度均比QP980大。低应变速率下,两种材料的塑性应变速率敏感性低,“TRIP效应”无明显差异;当应变速率超过5 s-1后,两种材料变形初期的应变速率敏感性指数相对较大,“TRIP效应”减弱,但材料强度仍然增加。两种材料均具有多段的硬化能力特性,且均对应变速率不敏感。
  • 基于修正Johnson-Cook模型和再结晶模型的A356铝合金高温流变行为
    黄习顺, 胡忠举, 朱必武, 陈宇强, 刘文辉, 李运湘, 李宁波
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 115-124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.014
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    为研究A356铝合金的高温流变行为和组织演变,构建能准确描述其高温流变行为的本构模型,在变形温度分别为450、475、500和525℃,应变速率分别为0.001、0.01、0.1、1.0和10 s-1条件下对A356铝合金进行热压缩实验。结果表明,A356铝合金高温流变应力曲线表现出典型的动态回复和动态再结晶特征;随变形温度的升高和应变速率的增加,α-Al变形程度先增加后减弱。利用修正Johnson-Cook本构模型和再结晶模型建立了可以准确描述A356铝合金高温流变行为的分段模型,并引入相关系数R和平均相对误差AARE对模型的准确性进行了分析,验证了模型的可行性。
  • LF25新型高氮奥氏体气阀钢热变形行为
    任文浩, 王立民
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 125-131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.015
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    采用Gleeble-3800热模拟试验机在变形温度950~1200℃、变形速率0.1~10 s-1范围内对LF25钢进行热模拟压缩试验,研究了材料的流变行为和组织变化。结果表明,氮原子的引入提高了材料的变形抗力,在1000℃、0.1 s-1的变形条件下,与21-4N、316L和NCF3015相比,LF25钢的变形抗力分别提高了59、99和111 MPa; LF25钢的软化机制主要为动态再结晶,通过应变硬化曲线确定了动态再结晶的临界点;基于应变补偿的Arrhenius模型确定了LF25奥氏体钢的本构方程,LF25钢的热变形激活能Q为438.8 kJ·mol-1;LF25奥氏体钢的最优热加工区间为变形温度1080~1130℃,应变速率0.1~0.5 s-1,在变形温度为1100℃时,晶粒尺寸由原始的15~30μm降低至4~10μm。
  • 基于神经网络预测的TC23合金高温流动行为精确仿真
    胡鹏飞, 李开勇, 尹国杰
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 132-139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.016
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    为了研究TC23钛合金的本构关系,开展了一系列热压缩试验获得了其真应力-应变数据。真应力-应变数据的分析结果表明,TC23钛合金在高温变形过程中同时发生了加工硬化、以动态再结晶为主的动态软化和相变,导致流动应力与热力参数呈复杂的高度非线性关系。为了描述和预测TC23钛合金的真应力-应变关系,将热变形参数作为输入,将流动应力作为输出构建了人工神经网络。结果表明,所构建的神经网络能够精确地表征TC23钛合金的高温流动行为。通过将人工神经网络植入有限元软件并建立热压缩试验有限元模型,实现了TC23钛合金高温变形行为的精确仿真。
  • 微合金化8630钢热压缩流变行为
    黄志新, 朱琳, 杨信文, 张心金, 段修刚, 董治中
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 140-147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.017
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    自主设计了一种微合金化8630钢。利用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度为850~1200℃、应变速率为0.01~10 s-1、真应变为0.91条件下对其进行等温热压缩变形试验。结果表明,微合金化8630钢变形过程中出现持续加工硬化、动态再结晶及加工硬化与动态回复共同作用3种现象,材料流变应力随温度的降低和应变速率的增大而增大。根据所建立的本构方程与热加工图预测得到该材料的适宜热变形条件为温度950~1200℃、应变速率0.01~1 s-1。
  • 双空洞对单晶镁塑性变形机制的影响
    唐锦旗, 尧军平, 吕昭, 陈致君
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 148-153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.018
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    采用嵌入原子势和分子动力学方法模拟了含双空洞单晶镁模型沿[0001]晶向单轴拉伸的过程,研究了双空洞分别沿[0001]、[1120]和[1100]晶向排列的 3种单晶镁模型中空洞生长和聚结的塑性变形机制。结果表明, 3种单晶镁模型的杨氏模量相同,说明它们的变形难易程度相同,但是在拉伸过程中屈服强度和强度极限有较大不同,空洞沿[0001]晶向排列单晶镁模型的屈服强度和强度极限大于其他两个单晶镁模型的屈服强度和强度极限;在塑性变形过程中, 3种模型均会产生滑移带和堆垛层错等缺陷。拉伸过程中位错在空洞表面成核且出现滑移带。随着加载进行,产生堆垛层错和孪晶,孪晶逐步长大并占据模型的大部分,导致材料失效;空洞沿[0001]晶向排列的单晶镁模型产生的滑移带与其他两个模型有很大区别,其滑移带没有在双空洞之间产生,造成了之后两个空洞没有聚结;由于空洞与裂纹聚结,单晶镁内部提前断裂,应力释放,使空洞沿[1100]晶向排列的单晶镁模型中的两个空洞也没有聚结,只有空洞沿[1120]晶向排列的单晶镁模型中的两个空洞聚结在一起。
  • 加载方向对7B52叠层铝合金动态冲击力学性能及微观组织的影响
    肖春华, 刘文辉, 宋宇峰, 肖明月, 黄浩, 周洪刚
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 154-161. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.019
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    采用金相显微镜、透射电镜和霍普金森压杆实验等手段研究了加载方向对7B52叠层铝合金的动态冲击力学性能及微观组织的影响。结果表明,在ND方向加载时,易在7A52软层发生变形集中,当应变速率较低时,7A52层中间产生形变带,随着应变速率的增大,产生形变带和转变带,最终形成裂纹;在RD方向加载时,当应变速率较低时,7A52层和7A62层可协调变形,随着应变率的增加,塑性相对较差的7A62层先产生裂纹,最终两侧均发生剪切断裂;在相同应变速率下,RD方向的吸能均大于ND方向,原因在于在ND方向加载时,软层产生变形集中而失效,而在RD方向加载时,多层铝合金之间可协调变形。
  • 旋转反挤压稀土镁合金动态再结晶和织构演化
    田永刚, 于建民, 张治民, 吴国琴, 苗站, 贾蕾琛
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 162-169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.020
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    采用Gleeble-3500扭转单元对稀土镁合金进行旋转反挤压,并研究了挤压成形杯形件不同位置的微观组织与织构演化,得到了晶粒细化和力学性能更高的镁合金杯形件。结果表明,在旋转反挤压变形后,合金的晶粒显著细化,内侧LPSO相呈流线形分布,中部产生了扭折带。不同位置取向图中小角度晶界所占的比例都比较少,发生了非连续动态再结晶。变形区域内晶粒为随机取向,沿径向从内到外,合金产生的动态再结晶区域先减小后增大,且内侧的织构强度最小。不同位置的硬度值不同,硬度最大值位于中部,这是动态再结晶织构弱化效应和长程有序相结构强化共同作用的结果。
  • δ-TRIP钢拉深性能及残余奥氏体转变行为
    徐鑫, 张瑞坤, 丁庶炜, 梁笑, 林利, 刘仁东
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 170-176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.021
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    通过冲杯实验研究了780 MPa级δ-TRIP钢的极限拉深性能,利用扫描电子显微镜分析了其断裂机理。此外,还讨论了在材料拉深过程中残余奥氏体的转变行为。结果表明,δ-TRIP钢的极限拉深比极限拉深比达到2.25,相对于同级别的DP钢,δ-TRIP钢的极限拉件比提高了5%。δ-TRIP钢的拉深断裂方式为塑性断裂,并带有大量的韧窝。当裂纹遇到贝氏体时,裂纹沿铁素体/贝氏体边界扩展;当裂纹遇到残余奥氏体时,应力集中驱使残余奥氏体转变为马氏体,相变诱发的塑性释放应力集中,使裂纹钝化、转向并继续扩展。
  • Ni-Al金属间化合物基层板复合材料的组织和力学性能
    薛帅兵, 林飞, 孟令健, 黄钟森, 林鹏
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 177-183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.022
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    研究了铝箔厚度对反应合成层板复合材料组织和拉伸性能的影响。使用70μm厚的纯镍箔材和厚度分别为20、50、80和100μm的纯铝箔材,在真空条件下通过热压反应合成了Ni-Al金属间化合物基层板复合材料。使用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电镜研究了层板复合材料的显微组织并测试了其力学性能。结果表明,通过调控Ni和Al的含量可以得到具有不同微观组织及力学性能的层板复合材料。随着Al含量的减少,显微组织由单一NiAl相向Ni+Ni3Al+NiAl混合相转变。铝箔厚度为20μm的复合材料室温拉伸性能较好,抗拉强度和伸长率分别达到了642 MPa和15.6%。在1000℃时,铝箔厚度为80μm的复合材料具有高塑性,伸长率达到101.3%,而铝箔厚度为50μm的复合材料则具有高强度,抗拉强度达到140.2 MPa,且随着铝箔厚度的降低,拉伸断裂方式由塑性断裂向准解理断裂转变。
  • Hill’48各向异性屈服准则的外凸性深入分析
    阎昱, 暴杰, 肖旭, 王海波
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 184-191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.023
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    针对Hill’48二次屈服准则进行外凸性分析,提出了平面应力条件下判定Hill’48屈服准则外凸性的表达式,并基于此提出了4种参数求解方法下的外凸性条件,结果表明,常用的Hill’48屈服准则及其数学表达式并不能保证绝对外凸。基于有限元方法和外凸性条件讨论了材料非凸失效的两种情况。针对AA2090-T3铝合金和DP600两种材料,分析了4种求解方法下的屈服轨迹及其外凸性。结果表明,不同求解方法下的Hill’48外凸性条件各不相同;不同材料的外凸性条件也有明显差别;4参数求解方法得到的屈服轨迹与应力求解方法所得轨迹十分接近,5参数求解方法得到的屈服轨迹与应力或变形求解方法得到的屈服轨迹差别较大。
  • 塑性各向异性屈服准则对铝锂合金贮箱顶盖蠕变时效成形预测精度的影响
    惠生猛, 湛利华, 徐永谦
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 192-198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.024
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    开展了Von Mises、Hill48和Barlat91这3种屈服准则对2195铝锂合金贮箱顶盖蠕变时效成形预测精度的影响研究。回转体顶盖蠕变时效成形后型面呈非对称状态,沿轧制方向的形变略大于垂直轧制方向的形变。通过仿真与试验结果对比发现,与各向同性Von Mises屈服准则相比,采用各向异性屈服准则能更好地预测2195铝锂合金贮箱顶盖蠕变时效成形过程中的非对称变形行为,其中,Barlat91屈服准则的仿真结果与试验结果比较吻合,因此,采用Barlat91塑性各向异性屈服准则能较好地预测2195铝锂合金回转体类零件的蠕变时效成形规律和指导成形模具型面设计。
  • 25CrMo4车轴钢高温变形多元非线性回归本构模型
    刘克然, 霍元明, 何涛, 霍存龙, 贾昌远, 杨万博
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 199-206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.025
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    为建立高精度预测25CrMo4车轴钢材料流动行为的模型,使用多元非线性回归模型建立了本构方程,通过Gleeble-3800试验机研究了最大变形量为60%时25CrMo4高速铁路车轴钢在不同应变速率和不同变形温度下的热变形行为。结果表明,在较高的变形温度和较低的应变速率下,更容易发生动态再结晶。在1000~1150℃温度范围内建立双重多元非线性回归模型,利用相关系数R、平均绝对误差AARE和均方根误差RMSE等标准统计参数对其预测精度进行了量化分析,结果表明,该模型在较低的变形温度下的预测曲线和实验曲线重合度较高。
  • 薄壁圆管轴向压溃特性仿真分析与理论预测
    徐峰祥, 邵天如, 牛小强
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 207-215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.026
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    通过数值模拟研究了一种轴向变厚度新型薄壁圆管在准静态轴向压溃工况下的耐撞特性,并建立了其在此种工况下的平均压溃力计算公式。对所建立的有限元模型进行了验证,通过改变实验所用材料的屈服强度建立了6061铝合金在不同热处理工艺下的两种材料模型,并以此建立了轴向变厚度变材料双变属性薄壁圆管的有限元分析模型,根据仿真结果发现,双变属性圆管在不提高管体质量的情况下比能量吸收提高了4%。基于已提出的简单薄壁圆管理论压溃模型推导出了双变属性圆管的理论平均压溃力预测公式,结果表明,仿真分析结果与理论预测结果的相对误差在5%以内。
  • 基于响应面法的铝合金压印接头强度预测模型
    唐发, 邢保英, 曾凯
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 216-221. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.027
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    基于响应面法开展了铝合金压印连接工艺试验研究。以冲压力、板材硬度和板材厚度作为影响因素,拉剪失效载荷作为目标值建立多元回归数学模型,并通过试验验证了预测模型的可靠度,通过方差分析研究了各因素对拉剪失效载荷的影响规律。结果表明,所建立的模型能准确预测铝合金压印接头的拉剪失效载荷,预测结果与试验结果误差较小。方差分析表明,板材硬度对失效载荷的影响最为显著,冲压力次之,板材厚度的影响最弱。压印接头的失效载荷与板材硬度呈正相关性;冲压力对失效载荷的影响先增加而减小;失效载荷随板材厚度的增加而平缓递增。
  • 碳纤维复合材料层合板低速冲击影响因素
    张华伟, 邵延汤, 向陈世, 王新刚, 吴佳璐
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 222-229. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.028
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    针对碳纤维复合材料层合板在冲击载荷作用下易发生不同形式损伤的实际情况,基于ABAQUS软件建立了碳纤维复合材料层合板低速冲击模型,分析了低速冲击工况下复合材料板的渐进累积损伤。利用Cohesive界面单元模拟了分层损伤,并调用Hashin失效准则和Vumat子程序对冲击过程进行了数值模拟,分析了工艺参数对冲击结果的影响。结果表明,复合材料层合板损伤由层合板中心萌生并沿径向扩展,最终率先在层合板中心位置发生失效破坏;层合板相邻铺层角度差值越大,吸能性越好;冲击能量越大,损伤面积越大,但当能量值超过27 J时,损伤面积增加速度放缓。
  • TA18钛合金管收缩应变比的测量不确定度评定
    房永强, 余泽利, 白新房, 张兵, 张艺新, 王柯
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 230-236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.029
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    对TA18钛合金管的收缩应变比CSR进行了测量,同时建立了周向塑性真应变Ec、轴向塑性真应变Ea和收缩应变比CSR的数学模型,分析研究了Ec和Ea的不确定来源,合成了Ec和Ea的标准不确定度,并对CSR的标准不确定度进行了合成和扩展。结果表明,Ec的不确定度主要来源于千分尺示值误差和尺寸测量位置的不一致;Ea的不确定度主要来源于放大后的激光刻线边缘阴影部分造成的测量误差;CSR测试结果为:CSR=1.77±0.25,k=2,换算成相对扩展不确定度即Urel=14%,k=2。这表明CSR的相对扩展不确定度较大,当管材CSR测试值达到标准规定极限值的86%时,需充分考虑不确定度。
  • 不同热处理工艺对TC10钛合金组织及性能的影响
    张明玉, 运新兵, 伏洪旺
    塑性工程学报. 2021, 28(12): 237-245. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.12.030
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    对TC10钛合金棒材进行两种不同的热处理,通过金相显微镜、扫描电子显微镜以及拉伸性能和断裂韧性实验研究合金在不同热处理工艺下的组织和力学性能。结果表明,TC10钛合金锻棒原始组织中α相有两种形态,一种为初生等轴α相,另一种为次生α相。采用工艺1处理后的组织中有细针状α相出现,且弥散分布,晶界α相消失,合金强度随着温度的升高而提高,而塑性变化呈相反趋势,最高强度为1409 MPa。采用工艺2处理后的组织中等轴α相粗化,出现片状α相,温度升高,有粗大β晶粒和晶界α相出现,部分原始β晶界内出现集束α片,合金强度在相变点处达到最大值,同时具有良好的塑性。两组工艺下的断口形貌均有准解理小平面特征,随着温度升高,准解理小平面数量减少,断裂韧性值升高,合金最大断裂韧性值可达77 MPa·m1/2。经综合分析可得,本实验中TC10钛合金的最佳热处理制度为940℃×1.5 h/FC→800℃×1.5 h/AC+560℃×4 h/AC。
塑性工程学报
Journal of Plasticity Engineering
ISSN 1007-2012
CN 11-3449/TG

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