2021年, 第28卷, 第6期　
刊出日期：2021-06-28
  

  • 全选
    |
  • 客座主编寄语——《材料成形本构和失效模型专题》
    林忠钦
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 1-1.
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    • 材料成形本构和失效模型专题
  • 先进高强钢板冲压成形后的时效回弹行为
    余海燕, 吴航宇, 汪林
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 2-7. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.001
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为了揭示先进高强钢板在冲压成形后回弹随时间而改变的时效回弹行为,对DP780和TRIP780钢板进行了U形件冲压和圆筒件剖环试验。对U形件角度和剖环开口位移在卸载后10 s至84 d内的回弹量进行了跟踪测量,通过拟合试验数据建立了计算时效回弹量的经验模型。结果表明,DP780和TRIP780钢板冲压卸载后均有显著的时效回弹行为,总时效回弹量约为初始回弹量的3%~5%,回弹量随时效时间先快速增加而后趋于稳定。在材料不同、几何形状相同的情况下,冲压件的时效回弹速率不同。在U形件冲压中,DP780钢板在卸载后3天的总时效回弹量约为50%,而TRIP780钢板在卸载后6 h内就产生了相同的时效回弹量。同一材料圆筒件剖环开口处的时效回弹量大于U形件的时效回弹量。两种材料的时效回弹量均可用指数函数来表达,该式可为时效回弹的预测提供参考。
  • 非关联本构模型在铝合金板料成形有限元模拟中的应用
    方刚, 陈祝, 雷丽萍
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 8-18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.002
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    首先论述了在具有较强各向异性材料的变形分析中应用非关联本构模型的必要性和可行性;接着,以Hill48和Yld2000-3d两种屈服函数为基础建立了非关联本构模型,通过二次开发的方式将建立的本构模型嵌入商业化有限元软件Abaqus/Explicit中,实现在模拟中对这些新模型的应用;最后,应用所开发的本构模型对铝合金圆筒的拉深过程进行了有限元模拟。通过对计算的拉深成形圆筒凸耳个数、沿周向的凸耳高度分布和筒体应变分布等与相应的实验结果进行对比发现,与关联本构模型相比,应用非关联本构模型能获得更高的模拟精度。
  • 金属板材拉深制耳形状与各向异性系数的解析关系模型
    林艳丽, 何祝斌, 袁杭, 苑世剑
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 19-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.003
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    建立了制耳形状与板坯面内各个方向各向异性系数分布规律的定量解析关系,包括制耳的位置和数量,并对满足Hill48各向异性本构模型的板材进行了分析,给出了拉深时制耳的具体位置和数量。结果表明,当忽略板坯面内各个方向屈服强度的差异时,对于正交各向异性板材,与板材轧制方向成某一角度的径向应变大小由其余角方向的各向异性系数的值决定,该角度方向的径向应变随其余角方向的各向异性系数值的增加单调增加,当其余角方向的各向异性系数值取极大值时,该角度方向的径向应变取极大值,因此形成制耳峰;相反,当其余角方向的各向异性系数取极小值时,该角度方向的径向应变取极小值,形成制耳谷。制耳的数量与板坯面内各个方向各向异性系数的极大值数量相同,各制耳峰的位置位于各向异性系数值出现极大值方向的余角方向。
  • 基于改进型CDM模型的AA365-T7板材失效预测
    张凯, 岳振明, 张杰
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 26-33. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.004
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    基于连续损伤力学理论,应用总能量等效假设,提出了一种考虑应力三轴度和罗德系数的全耦合损伤力学本构模型。同时,通过在有限元软件ABAQUS/Explicit中编写的VUMAT用户子程序完成了该模型的数值实现。此外,针对AA365-T7板材在不同加载路径下的实验结果,采用逆向法对本构模型的材料参数进行了标定。对比分析了数值模拟结果与实验结果,发现相比于经典损伤力学模型,所提出模型提高了在剪切路径下的损伤预测精度,证明了不同加载路径下所建立的全耦合损伤本构模型对于预测铝合金板材损伤失效行为的有效性。
  • 金属板材塑性本构关系的深度学习预测方法及建模
    冯怡爽, 何霁, 韩国丰, 李淑慧, 林忠钦
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 34-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.005
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    根据金属板材塑性行为具有变形历史相关性的特点,采用深度学习中的序列学习方法,通过构建长短时记忆网络预测先进高强钢板的塑性本构关系,利用基于Abaqus的有限元仿真获得的不同加载条件下的变形数据对模型进行了训练与测试,研究了模型训练方法与训练特性。所构建的深度学习模型在不引入任何弹塑性物理量或本构规律的条件下准确预测了材料的屈服行为和硬化曲线。所提出的方法能准确表征大数据量条件下的板材塑性本构行为,在计算效率、模型灵活性和鲁棒性方面与传统方法相比具有较大的优势。
  • 金属板材面内扭转实验研究
    张冲, 娄燕山, 张琦, 傅垒, 杨刚
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 47-52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.006
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    以5182铝合金为研究对象,对双桥剪切试样进行了面内扭转实验,引入数字图像相关技术(DIC)实现了对扭转角的精确测量,得到了基于DIC方法的扭矩-扭转角曲线,与通过理论角速度计算的扭转角曲线相比,DIC方法显著减小了对扭转角的测量误差。通过引入有限元模型更新技术(FEMU),在大变形条件下对应变硬化曲线进行了参数标定,并与正向计算得到的曲线进行了比较。经过FEMU技术优化后的硬化曲线与单轴拉伸状态下的曲线更加接近,获得的应变范围更大。进行了剪切断裂实验,得到了扭转实验过程中剪切带中心位置的应变路径,验证了面内扭转实验过程中试样剪切带中心位置处于理想简单剪切状态,完成了理想简单剪切状态下的断裂应变测量。并进行了循环剪切加载实验,通过正向计算得到了循环加载应力-应变曲线,观察到了材料的包申格效应。
  • 基于CPFE-MK模型的TWIP钢板成形极限预测
    蔡旺, 钱凌云, 孙朝阳, 张帅, 李明, 姚松林
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 53-60. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.007
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    建立了耦合晶体塑性和MK理论的TWIP钢板塑性变形过程的有限元模型,该模型采用不同厚度的特征单元描述MK理论的初始厚度不均度,在特征单元中引入耦合滑移和孪生的晶体塑性本构关系描述TWIP钢塑性变形的微观机制,实现了晶体塑性有限元与MK理论的结合,用于反映板料变形过程的不均匀变形程度和预测成形极限曲线。将模拟结果与实验获得的TWIP钢板的成形极限曲线进行对比,验证了模型的正确性。应用该模型分析了初始织构、初始厚度不均度和凹槽初始角度对TWIP钢板成形极限的影响。结果表明,铜型织构成形性能较好,成形极限应变随初始厚度不均度的增大和凹槽初始角度的减小而增大。
  • 1420铝锂合金细晶板材高温力学性能及本构方程
    肖瑞, 赛音, 李保永, 刘伟, 刘奇
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 61-67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.008
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为了获取1420超塑铝锂合金细晶板材的高温流动变形行为和可靠的本构方程,在应变速率为0.0004~0.002 s-1,温度为375~425℃条件下对板材进行了高温拉伸试验,采用EBSD观察了不同变形温度下的晶粒尺寸和晶界分布,分析了组织演变规律。结果表明,板材在低温环境下变形时具有初始硬化和随后的流动软化特征,在较高温度下加工硬化起主导作用;基于Arrhenius型本构方程拟合多项式并进行求解,获得板材变形激活能为97879 J·mol-1;同时,板材的平均晶粒尺寸仅为1.25μm,在425℃和0.0012 s-1下的伸长率达到最高,为670%;由于温度和晶粒变化的平衡作用,材料的塑性在不同条件下并未产生较大变化。
  • 基于GISSMO损伤模型的DH590高强钢断裂失效行为研究
    徐晨阳, 张骥超, 连昌伟
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 68-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.009
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    以DH590高强钢为研究对象,分别采用Swift硬化模型和修正的幂函数(MPL)硬化模型描述了材料的塑性流动行为,仿真结果显示MPL硬化模型单轴拉伸工况下的载荷-位移曲线与试验吻合更好,表明MPL模型更适合描述DH590高强钢的硬化行为。设计了4种不同应力状态的试验,采用数字图像处理技术(DIC)获得了DH590高强钢在不同应力三轴度下的断裂极限应变,通过参数拟合建立了DH590高强钢的修正的Modified Mohr-Coulomb (MMC)断裂极限模型和Jchnson-Cook (JC)断裂极限模型,并利用LS-OPT软件对GISSMO损伤模型进行了参数识别。在R20缺口拉伸试验中,与试验结果相比,GISSMO损伤模型和JC损伤模型预测的断裂位移相对误差分别为0.27%和7.2%,表明GISSMO模型能够较好地预测DH590高强钢的断裂失效行为。
  • 高强双相钢动态力学本构模型对比分析
    张伟, 李春光, 韩赟, 刘立现, 韩龙帅, 潘跃
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 75-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.010
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    研究了高强双相钢的动态力学特性和本构模型,以典型双相钢材料HC440/780DPD+Z为研究对象,对静态力学性能和应变速率为0.001、0.1、1、10、100、200、500和1000 s-1的动态力学特性进行了测试,获取了关键参数随应变速率的变化规律;采用多种经典本构模型方程对测试材料的本构模型参数进行了拟合,通过对比曲线拟合度发现,应变速率敏感性指数非线性的Johnson-Cook修正模型的拟合度最高;在此基础上,结合Swift模型和Hockett-Sherby模型,并引入应变速率强化项,构建了新的材料本构模型;对比Johnson-Cook修正模型和新模型的拟合相关度系数,并基于冲击试验对材料本构模型的有效性进行了对比验证。结果表明,所研究材料具有一定的应变速率敏感性;敏感性指数与应变速率呈非线性关系;采用引入应变速率强化项的综合Swift模型和Hockett-Sherby模型,拟合度达到0.98,且不随应变速率的增加而波动;冲击试验表明,通过新拟合模型获得的载荷-时间曲线与试验结果一致,关键参数的相对误差控制在5%以内,验证了新本构模型的准确性和可靠性。
  • 考虑TRIP效应的0.1C-5Mn中锰钢本构关系研究
    程志, 毛鑫, 王武荣, 韦习成, 赵杨洋
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 83-87. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.011
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    通过XRD试验获得了中锰钢板材在单向拉伸状态下奥氏体转变与应变之间的规律,中锰钢中的残余奥氏体体积分数随应变量的增加呈现出非线性下降趋势。由马氏体相变动力学模型得出了中锰钢中的残余奥氏体与等效塑性应变之间的函数关系。根据中锰钢的微观结构特点和细观力学方法,建立了包含TRIP效应的中锰钢本构模型,在该本构模型中考虑了马氏体转变与应力平衡对应力应变关系的影响。将塑性流动法则和等效夹杂方法在ABAQUS的UMAT子程序中实现,编写了UMAT子程序,最后输出了中锰钢的应力-应变流动曲线,并通过与试验得到的曲线进行对比验证了该方法的准确性。
  • 基于原位观测的Cr5合金钢Hansel-Spittel高温本构模型修正方法及试验验证
    郭乐乐, 陈学文, 周旭东, 杜昱青
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 88-95. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.012
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为了得到能够准确描述Cr5合金钢的变形行为的高温本构模型,采用Gleeble-1500D热模拟试验机进行了Cr5合金钢试样的高温拉伸试验,对Cr5合金钢的整个拉伸断裂过程进行了原位观测,获得了Cr5合金钢在温度为800~1150℃,应变速率为0.01、0.1、1和5 s-1条件下的真应力-应变曲线。采用高速摄像设备对Cr5合金钢试样的高温拉伸试验过程进行了拍摄和记录,通过拉伸试验的原位观测得到了Cr5合金钢拉伸试样缩颈时的直径d和试样缩颈处的曲率半径R。采用齐别尔(Siebel)公式对Cr5合金钢的拉伸试验数据进行了修正,建立了修正后的Cr5合金钢Hansel-Spittel高温本构模型。结果表明,修正后的Cr5合金钢Hansel-Spittel高温本构模型拟合出的相关系数值为0.97,模型计算值和试验值之间的误差较小,验证了该模型的准确性。
    • 塑性成形技术与工艺
  • 工艺参数对热冲压成形AA7075力学性能的影响
    闵峻英, 卢嘉昕, 魏一凡
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 96-103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.013
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    采用电磁感应辅助的热拉伸实验、红外热像仪和数字图像相关技术等手段模拟了热冲压成形AA7075汽车车身零件的制造流程,研究了变形温度、板料变形量、自然时效时间和烘烤时间对零件力学性能的影响。结果表明,提高变形温度可以提升热冲压成形AA7075的抗拉强度和屈服强度。当变形温度高于400℃时,变形温度对零件强度的提升较小;在成形过程中,变形量越大,热冲压成形AA7075的抗拉强度和屈服强度越低;自然时效20 d以内,热冲压成形AA7075的抗拉强度和屈服强度基本不变,自然时效时间大于20 d,抗拉强度和屈服强度均有一定下降;烘烤时间的波动对热冲压成形AA7075的抗拉强度和屈服强度无明显影响。
  • 均匀快速超塑成形技术在市域车铝合金车头蒙皮上的应用
    王雁飞, 林海朋, 隋礼平, 闫俊材, 王国峰, 王海伦
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 104-110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.014
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    采用结合热冲压、超塑气胀和正反胀形方法的均匀快速超塑成形技术进行了市域车铝合金车头蒙皮的试制。成形前,通过正交试验得出了5083-H111铝合金在高温下的最佳成形条件。根据零件特征设计了成形模具,并利用数值模拟方法确定了用4 mm厚的5083-H111铝合金板材成形我国首个市域车车头蒙皮件的超塑成形工艺参数,输出了反胀和正胀的压力-时间控制曲线,经试验,最终得到贴模良好、形状精度误差在2 mm之内、最大减薄率为22%、整体壁厚均匀的车头外板件,解决了开模方向型腔深(h≈800 mm)和局部内圆角小(R≈6 mm)的成形难点,满足技术要求,可以进行批产使用。
  • 基于不同润滑方式的1D弯曲半径薄壁铝合金管推弯数值模拟和实验研究
    黄琳, 徐雪峰, 范玉斌, 吴孔炜
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 111-118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.015
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为改善1D弯曲半径的LF2M薄壁铝合金管在推弯中的材料流动状态,基于Abaqus有限元数值模拟,对尺寸为Φ40 mm×1.0 mm的LF2M薄壁铝合金管在均匀润滑和差异化润滑方式下的冷推弯过程进行模拟,分析润滑方式对管直端伸出量的影响,并进行了实验验证。结果表明,均匀润滑方式即减少管坯外表面的摩擦力可以增加成形弯管的直端推出量,改善管壁表面质量,但摩擦力过小会使材料流动过快,导致管壁难以贴模成形或弯曲内侧失稳起皱。差异化润滑方式可改变管坯不同区域的摩擦力大小,促进材料合理流动,增大弯管的直端推出量,改善弯曲内外侧壁厚分布不均等问题。
  • 铝合金板材双杆连续挤压模具参数优化设计
    闫志勇, 赵颖, 马怀超, 运新兵, 易飞, 韩景全
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 119-126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.016
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为了解决双杆连续挤压板材时扩展与焊合之间的矛盾,基于有限元模拟软件研究了双杆连续挤压铝合金板材的焊合成形特点,利用正交试验对模腔结构参数进行了优化,得到了模腔结构各参数对焊合指标以及流速均方差影响的主次顺序,获得了既有利于金属的扩展又有利于焊合成形的最优模腔结构参数。结果表明,影响焊合指标J值的主次顺序为:预成形模高度>导流模高度>导流模阻流块高度>扩展模宽度>导流模倾斜角;影响流速均方差SDV值的主次顺序为:导流模阻流块高度>扩展模宽度>导流模倾斜角>预成形模高度>导流模高度。通过连续挤压试验获得了成形和焊合质量较好的产品,表明模拟结果的可靠性高,可用于指导采用双杆连续挤压工艺进行的铝合金板材的实际生产。
  • 基于CAD/CAE的侧围外板拉延模设计
    蒋磊, 马培兵, 王龙, 李国伟, 胡志力, 陈一哲
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 127-135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.017
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    以东风本田某SUV车型侧围外板为研究对象,借助CAE分析软件对该侧围外板进行成形仿真分析,预测了拉延成形过程中的开裂和起皱等缺陷,得到了侧围外板成形极限图和厚度变化云图,并以此来判断其成形效果。通过对产品结构设计和成形工艺参数进行优化,输出了最佳拉延成形工艺方案,将此工艺方案导入CAD软件,实现了拉延模具结构的快速设计。最后在模具调试过程中对工艺方案进行了验证,试模结果与仿真分析结果一致。零件最大减薄率为21.5%,最大增厚率为9.7%,满足零件批量生产要求。
  • 喷射成形高强铝合金方包套锻造致密化实验研究
    许春停, 许兵, 石文超, 薛克敏
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 136-142. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.018
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为提高喷射成形沉积态锭坯的致密度及力学性能,开展了方包套锻造实验及T6热处理实验,分析了不同方包套材料及厚度对致密度和力学性能的影响规律。结果表明,方包套材料选用45钢时比选用7075铝合金时的焊接性能和锻造成形性好。与厚度为3 mm的方包套相比,厚度为5 mm的方包套在锻造过程中与坯料贴合紧密,变形相对较均匀。喷射沉积态锭坯致密度、抗拉强度和伸长率分别为90.61%、285.33 MPa和4.6%。喷射成形铝合金经过方包套锻造后,致密度均大于99%。经材料为45钢、厚度为3 mm的方包套锻造后,喷射成形沉积态铝合金抗拉强度和伸长率分别提升至397.2 MPa和6.1%,再经T6态处理(双级固溶450℃/2 h+475℃/2 h,时效120℃/24 h)后,铝合金的抗拉强度和伸长率分别达到607.95 MPa和5.2%。
  • 激光冲击强化悬臂薄板的数值模拟与实验研究
    郭小军, 瞿祥明, 汪文君, 刘建新, 杨丰槐, 张永康
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 143-151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.019
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    分析了激光能量、冲击次数和搭接率对悬臂薄板激光冲击强化后的残余应力场和扭转变形的影响。结果表明,悬臂薄板表面的最大残余压应力值和残余压应力深度与激光能量、冲击次数和搭接率之间为正相关关系。搭接率过小时,虽然悬臂薄板稳定性较好,但是靠近固定端处的残余压应力反而增大。搭接率过大会使搭接区冲击次数过多,冲击波穿透悬臂薄板程度显著。悬臂薄板的扭转变形程度与激光能量和冲击次数之间为正相关关系。但是随着搭接率的增大,悬臂薄板的扭转变形程度反而减小,这主要是由激光光斑位置导致的。
    • 材料性能与变形理论
  • 高压扭转-时效处理后新型Al-Zn-Mg-Cu合金的断裂行为
    薛克敏, 王薄笑天, 严思梁, 李萍
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 152-159. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.020
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为了研究大塑性变形及时效处理对新型Al-Zn-Mg-Cu合金断裂性能的影响,对新型Al-Zn-Mg-Cu合金进行4、8和12圈的高压扭转变形,然后进行时效处理。采用OM、SEM、EBSD和TEM研究了高压扭转-时效处理对该合金断裂性能的作用机理。发现试样扭转4圈后粗大的第二相(Al2CuMg相和MgZn2相)得到细化,强度和伸长率得到提高,但当试样扭转8和12圈时,在拉伸变形时趋向于发生脆性断裂;扭转12圈的试样经过时效处理后,强度和伸长率可得到提高,合金趋向于发生韧性断裂。结果表明,高压扭转变形可在一定程度上提高该新型Al-Zn-Mg-Cu合金的强度和断裂性能,但过多的剪切变形反而对合金的强化和韧性不利。
  • AZ31镁合金剧烈塑性变形过程分析与力学性能研究
    徐淑波, 刘建营, 任国成, 景财年, 刘鹏
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 160-166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.021
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    采用有限元仿真和实验相结合的方法对AZ31镁合金等通道转角挤压过程进行研究,确定了优化后的模具型腔形状和合理的工艺参数,为ECAE研究提供了可靠的理论参考和工艺方案。对挤压试样进行了X射线衍射分析,结果表明,ECAE是一个非均匀的剧烈塑性变形过程,产生剧烈塑性变形的主要形式为位错滑移。随着变形的不断累积,镁合金挤压件中的位错不断增殖,逐渐产生位错线,最终晶界增多,晶粒细化。同时进行了力学测试分析,得到了多道次ECAE试样的力学性能分布规律,结合有限元分析结果,在AZ31镁合金多次ECAE中,选择优化的模具型腔几何形状、合理的工艺参数和挤压线路可以避免挤压试样的变形不均匀性。
  • 压痕诱发的Ti6Al4V合金塑性变形行为
    宋新华, 田圆圆, 李甲, 全骏奎
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 167-173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.022
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    采用有限元软件研究了Ti6Al4V合金的压痕塑性变形行为,得到压头尖端与工件接触面正下方区域的等效应力和等效应变分布。在有限元模拟中,网格划分越细密,精确度越高,但会消耗极大的计算资源。因此,在本模拟试验中,采用由稀疏到细密的网格划分方式,先对整体进行划分,随后对需要进行详细分析的局部区域进行网格细化,从而达到优化模型的目的。结果表明,压痕正下方区域的最大等效应力和最大等效应变与由Hertz接触理论获得的结果相符。对压痕正下方塑性变形区域内某些点进行等效应力和等效应变追踪,分析等效应力和等效应变的变化规律,发现随着压头半径的增加,等效应力和等效应变上升。
  • 55NiCrMoV7模具钢锻造过程微观组织演化实验与模拟仿真
    禹兴胜, 武川, 石如星, 汪雨昌, 王喆
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 174-184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.023
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    研究了55NiCrMoV7模具钢棒材镦粗和拔长过程中的微观组织演化规律。结果表明,镦粗过程中棒材心部动态再结晶体积分数达80%,而变形过渡区和死区的动态再结晶体积分数较低;拔长过程中棒材心部发生了二次动态再结晶,过渡区动态再结晶进一步发展,而死区几乎没有发生动态再结晶。基于55NiCrMoV7模具钢在变形温度850~1250℃、应变速率0.001~10 s-1下的金相组织图,建立了动态再结晶临界应变、晶粒尺寸和动力学的数学模型,并通过DEFORM-3D软件建立了棒材镦粗和拔长过程的宏微观耦合有限元模型,研究了棒材温度、应变和组织的分布规律,预测了动态再结晶晶粒尺寸和体积分数值。将预测值与实验值进行了对比,最大相对误差为11.7%。
  • 微槽道半固态成形流动形貌研究
    杜冲, 于沪平, 张钧铭, 贺孟强, 申昱
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 185-191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.024
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    在已有半固态微成形研究的基础上,将半固态技术应用于微槽道成形过程,针对微成形过程中尺度效应带来的充填性较差的问题,提出微槽道触变成形工艺。通过实验成形出具有4个肋板的微槽道特征结构,并采用SEM研究了工艺参数对微槽道肋板流动形貌的影响规律。引入肋板的最大充填率和形状因子对肋板的成形性进行了探讨。结果表明,成形得到的微槽道肋板中的外侧肋板高度大于中间肋板,这一现象与常规尺度挤压不同。在压下量一定的情况下,随着成形温度和挤压速度的增大,外侧肋板的最大充填率下降,形状因子先下降后增大。上述现象可以用半固态材料在成形过程中的触变性和固液共存的微观结构进行很好的解释。
  • 梯度厚度负泊松比蜂窝材料面内冲击特性
    袁敏, 徐峰祥, 龚铭远
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 192-199. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.025
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    通过引入梯度厚度的概念,研究了具有梯度胞元厚度的内凹六边形蜂窝材料的面内冲击性能,探讨了梯度厚度对蜂窝材料能量吸收性能的影响规律,进一步对梯度厚度负泊松比蜂窝材料的吸能特性进行了优化设计。仿真结果表明,具有正向厚度梯度的内凹六边形蜂窝材料拥有更好的能量吸收与抗冲击性能。通过多岛遗传算法对梯度厚度内凹六边形蜂窝材料面内冲击下的平台应力与质量能量吸收率进行了优化。优化结果表明,在车辆的蜂窝吸能构件设计中,可以通过合理安排蜂窝材料的厚度梯度来提高部件的面内冲击性能。
  • 拉索布置下的单层球面网壳动力失效机理
    张中昊, 邓宏宇
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 200-211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.026
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    通过在双向网格面内布置交叉拉索以及在网壳面外跨节点间布置斜拉索的方式增强结构刚度、提高结构的承载能力,开发了一种新型拉索布置形式。利用通用有限元分析软件ANSYS对结构进行了动力失效分析,采用应变能响应分析方法考察了30和40 m跨度斜拉单层球面网壳动力失效特征。通过网壳杆件进入塑性比例、杆件进入塑性程度和结构关键节点位移随加速度幅值的全过程响应分析探讨了结构的破坏形式;结合动力破坏指标进一步讨论了不同初始条件下网壳结构的动力失效模式,揭示了网壳结构的动力失效机理。
  • 11Cr17涡轮增压器齿头装配开裂分析和工艺改进
    蒋炜彤, 黄瑶, 王雷刚, 刘守生
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 212-218. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.027
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    针对11Cr17涡轮增压器齿头与轴杆在冷过盈装配过程中的开裂问题进行了分析,借助电感耦合等离子体光谱仪、X射线能谱分析仪、场发射扫描电子显微镜和洛氏硬度计等观察和检测了开裂齿头的化学成分、断口宏微观形貌、微观金相组织和硬度,结合流线实验和Deform软件分析了锻造时流线的形成过程。结果表明,材料的化学成分和金相组织符合要求,但在断口表面有炉渣类夹杂物呈现流线状分布。结合锻造流线实验结果发现,表面炉渣类夹杂物的分布形貌与锻造流线形貌一致。通过有限元分析揭示了齿头锻造过程中锻造流线的形成过程,难变形的炉渣类夹杂物受锻造应变力而沿着锻造流线分布,破坏了基体的连续性。齿头的锻造流线良好,但是销孔经过机加工后,流线的连续性被破坏,流线和夹杂物出现在销孔机加工表面,导致齿头冷过盈装配时的脆性断裂。最后,基于齿头装配开裂的原因,设计了齿头与轴杆一体式锻造方案来代替机加工后冷过盈装配的方案,以确保齿头和轴杆连接处基体组织的连续性,避免内部缺陷暴露。
    • 成形装备与智能制造
  • 基于新型板形电磁调控轧机的张力机制影响
    曲春涛, 杨庭松, 郑义, 杜凤山, 许志强
    塑性工程学报. 2021, 28(6): 219-227. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.06.028
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为完善新型板形电磁调控轧机轧制规程,研究了基于新型板形电磁调控轧机的张力机制对板形的影响,进一步制定了合理的张力制度方案,构建了新型板形电磁调控轧机轧制有限元模型,通过改变张力机制,分析了张力机制对板凸度、压下率、板带边部应力和轧制力的影响,发现张力对板凸度有着比较明显的影响,张力的增加可以使板形趋于良好;张力对压下率有显著影响,且后张力对压下率的影响作用较大;前后张力的增大会降低轧制力,前后张力的大小与轧制力基本呈线性关系。
塑性工程学报
Journal of Plasticity Engineering
ISSN 1007-2012
CN 11-3449/TG

版权所有：中国机械工程学会版权所有,未经同意请勿转载
技术支持：北京玛格泰克科技发展有限公司