2021年, 第28卷, 第9期　
刊出日期：2021-09-28

  

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塑性成形技术与工艺
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  基于SA508Gr.4N钢微宏观唯象模型的核电管板锻件WHF法拔长工艺优化

  李风雷, 曾志钦, 汤传尧, 张卫文, 何西扣

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 1-10. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.001

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  基于新一代核电材料SA508Gr.4N钢的动态热变形模拟数据及试样金相显微组织，借助Zener-Hollomon参数，采用线性回归分析，得到由应变速率及温度决定的SA508Gr.4N钢的动态再结晶晶粒演变微观模型，结合已建立的流动应力与应变、应变速率及温度的两段式宏观本构模型，基于DEFORM软件，进行二次开发，建立了SA508Gr.4N钢的有限元微宏观唯象模型。对标准动态热变形实验进行模拟，得到模拟值和实测值的相关系数为0.9524，验证了模型的有效性；设计非均匀变形试样并进行热压缩实验，6个典型点的晶粒尺寸平均误差约为16.78%，且试样不同位置晶粒尺寸的实验值和模拟值的变化趋势基本吻合，验证了模型在复杂热变形条件下的准确性。基于该模型对大型核电管板锻件首道次的宽砧强力压下锻造法拔长过程进行模拟，对比研究了在不同砧宽和布砧方式下锻件内部的等效应变、轴向应力和平均晶粒尺寸分布的差异，及其对锻件芯部质量的影响规律，发现采用2200 mm砧宽和水冒口交替布砧是最合理的工艺参数组合。
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  热冲压模具温度和贴合状态对22MnB5组织性能的影响

  陈扬, 孙正启, 张晓欣, 孙乾钊, 黄苏婷, 韩先洪

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 11-18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.002

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  实验研究了热冲压成形中模具温度和板料贴合状态对22MnB5组织和性能的影响，提出了22MnB5批量化生产的模具温度控制窗口，并对差厚板、激光拼焊板热冲压模具结构进行了优化设计。结果表明，当模具温度小于250℃时，22MnB5可以获得以马氏体为主的组织，断裂强度大于1350 MPa，伸长率为5%~7%；当模具温度为350~450℃时，22MnB5因出现上贝氏体而发生塑性和韧性恶化。当模具与板料的间隙小于0.15 mm时，22MnB5获得以马氏体为主的组织，断裂强度大于1350 MPa，伸长率为5%~7%；当模具避让宽度小于25 mm时，22MnB5获得以马氏体为主的组织，避让区硬度为420~525 HV。
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  汽车外覆盖件冲击线缺陷评判指标及其影响规律

  加尔肯白克·加沙来提, 温媛媛, 朱传敏

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 19-27. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.003

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  根据汽车外覆盖件零件与冲击线的典型特征，抽取简化的特征模型，开展了冲击线重现实验研究。以U形件为基本特征，重现了冲击线的产生。为了研究汽车外覆盖件冲击线的成因和影响规律，分析了冲击线产生的原因，为了量化冲击线程度，提出了冲击线缺陷评判指标k，并采用实验和有限元分析相结合的方法，研究了拔模角度、凹模圆角半径和拉延筋深度等模具参数对零件冲击线产生严重程度的影响规律。通过实验分析，找到了冲击线产生的阈值，为冲击线的控制提供了技术支撑。
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  基于GA-BP的汽车行李箱盖内板冲压成形工艺优化

  王康康, 陈泽中, 江楠森, 刘钦龙, 孙泉锋

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 28-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.004

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  为了更快捷准确地解决冲压成形过程中的工艺参数优化问题，提出一种DYNAFORM与智能算法相融合的优化策略。以汽车行李箱盖内板冲压成形为例，以最大减薄率为优化目标，采用CAD建立三维模型，并利用有限元分析软件DYNAFORM进行数值模拟；设计正交试验并对试验结果进行极差分析，分析成形过程中摩擦系数、压边力、模具间隙和冲压速度对最大减薄率的影响规律并初步确定一组优化方案；设计拉丁超立方抽样，在选定的各工艺参数范围内均匀抽取60组样本点；构建GA-BP神经网络模型，运用拉丁超立方抽样的模拟数据对其进行训练，得到各工艺参数和优化目标的非线性映射关系；最后用遗传算法函数寻优获得一组最优工艺参数组合，进行数值模拟对比验证，验证了该优化方案的合理性与准确性。
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  镁合金板材热振联合单点渐进成形实验与有限元建模

  陈宇祥, 郑志洋, 廖娟

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 35-41. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.005

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  针对镁合金室温下塑性变形能力差的问题，结合热辅助渐进成形工艺和超声振动技术，提出了镁合金板材热振联合单点渐进成形新工艺。采用碳纤维电热管和超声振动装置搭建了热振联合单点渐进成形物理实验平台；采用完全热力耦合法建立了基于ABAQUS有限元软件的热振联合单点渐进成形有限元模型，该模型考虑了不同温度下镁合金的各向异性力学性能；将模拟与实验测量的温度场、零件几何形状、厚度及应变分布进行了对比。结果表明，热振联合单点渐进成形实验装置能够实现镁合金板材的成形；有限元模拟结果能够比较准确地反应镁合金板材成形过程中的温度演变特点，在成形零件的几何形状、厚度和应变方面，实验结果与模拟结果基本吻合；完全热力耦合法比传统法的模拟精度更高。
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  MS1300超高强度钢脉冲电流施加过程多场耦合仿真

  张建, 徐栋恺, 陈鑫, 李细锋

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 42-48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.006

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  为探索电辅助制造工艺在超高强度钢成形上的应用，选用MS1300超高强度钢作为研究对象，首先进行脉冲电流辅助拉伸实验，随后基于电辅助拉伸过程所得的模拟参数，利用ABAQUS软件建立了MS1300钢脉冲电流施加过程的有限元模型，分析了其温度场、电场和应力-应变场间的多场耦合变化规律。仿真结果表明，施加脉冲电流的试样温度分布与测试数据基本一致；试样标距段因截面积小而形成电流集中，该区域温度最高；在温度场与电场的耦合作用下，温度滞后于电势达到稳定状态；温升引发了热应变，应变增大趋势与温升趋势保持一致，应变场云图与温度场云图也具有较高的相似性。
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  辊模参数对不锈钢极板辊压成形微流道端部的影响

  赵富强, 高帅, 赵小军, 崔仁杰, 王宏伟

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 49-56. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.007

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  建立了氢燃料电池金属极板辊压成形微流道数值模型，将最大等效应力和最大减薄率作为评价指标，通过数值模拟研究了上辊凸起高度、上辊凸起宽度、拔模斜度和上辊圆角半径等辊模特征参数对单流道端部成形的影响规律，进而建立了辊模尺寸参数与最大减薄率之间的数学关系，同时对比分析了连续辊压成形时的多流道壁厚减薄量并进行了试验验证。结果表明，辊压加工316L不锈钢极板流道时，最大等效应力值及壁厚最薄位置均出现在流道端部圆角区域。当上辊凸起高度h₁从0.3 mm增至0.45 mm时，流道端部最大等效应力值增大且最大减薄率从11.9%增至14.8%；当上辊圆角半径r₁从0.15 mm增至0.25 mm时，流道端部最大等效应力值减小且最大减薄率从17.4%降至11.3%；在相同的辊模参数下，双流道和三流道的最大减薄率仅比单流道大2.9%左右，反映出辊压成形对材料减薄率的影响较小，且辊压成形的加工一致性较好。
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  管材轴压胀形仿真精度研究

  阮钟, 杨连发, 陈占斌

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 57-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.008

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  针对采用ABAQUS软件对管材轴压胀形进行仿真时，仿真与试验之间存在误差等问题，研究了仿真模型、质量缩放系数、管材约束条件、单元形状和单元尺寸对仿真精度的影响，对比分析了仿真与试验之间胀形轮廓的平均误差以及在轴向任意位置的相对误差。结果表明，在质量缩放系数相同时，采用三维-变形体轴压头模型时的平均误差最低，为6.64%，仿真精度最高；采用轴对称-变形体轴压头模型时，随着质量缩放系数的降低，胀形轮廓的平均误差逐渐降低，仿真精度逐渐提高；当使用轴对称-变形体轴压头模型，管材的约束条件为自由约束，即约束条件与试验环境相似时，仿真精度更高，相比三角形网格，使用四边形网格更为合适，且随着四面体网格尺寸的缩小，仿真精度并没有逐渐提高，应当结合试验，选择合适的单元尺寸。
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  A286薄壁大径双曲排气半管拼焊拉深工艺探索

  白颖, 钟李欣, 范子翠, 李世峰, 张立, 陈磊

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 65-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.009

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  采用冲压半管拼焊方法研究了新型高温合金材料A286薄壁大径双曲管成形过程。借助有限元分析技术，对半管在不同的模具结构、拉深筋形状以及毛坯尺寸等关键工艺参数下的冲压成形过程进行数值模拟，确定毛坯材料流动规律，避免了起皱缺陷，得到了优化的毛坯形状和模具结构。对不同激光焊接和氩弧焊接方案进行了比较，设计了合理的拼焊板焊缝初始位置和焊接方法，发现激光焊接更适合A286钢板的拼焊成形，添加中间固溶处理，可以减小回弹，提高板料成形性能。
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  基于区域润滑的Y型管内高压成形壁厚分布优化

  张举, 徐雪峰, 肖尧, 范玉斌, 肖洁

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 73-79. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.010

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  在Y型管内高压成形过程中，摩擦因素对其壁厚分布的影响较大。利用DYNAFORM软件模拟了不同摩擦系数下Y型管的成形过程，分析了Y型管的壁厚分布情况和成形质量。然后模拟了在薄膜全管坯润滑和区域润滑两种不同方式下Y型管的成形过程，通过壁厚分布图分析比较了两种润滑方式下的成形结果，并通过实验验证了模拟结果。结果表明，摩擦系数较小时，成形后的Y型管壁厚分布比较均匀；摩擦系数较大时，Y型管成形质量较差。同时，薄膜全管坯润滑实际成形率较低，而区域润滑可以有效降低主管处的增厚率，对改善Y型管壁厚分布具有很好的优化作用。
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  基于响应曲面法的QCr0.5铜合金热挤压冲头磨损数值分析

  张帅帅, 张彦敏, 韩文奎, 赵培峰, 葛学元

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 80-85. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.011

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  通过Defrom-3D软件建立静触头热挤压成形凸模磨损有限元分析模型，并验证其可靠性。基于有限元模型，设计5因素4水平正交试验，分析不同工艺参数对凸模磨损的影响情况。以对磨损影响较大的工艺参数为设计变量，以凸模最大磨损深度为响应目标，建立磨损深度与设计变量之间的响应曲面模型，对工艺参数进行优化。结果表明，挤压温度、挤压速度和模具初始硬度对凸模磨损的影响显著，模具初始温度和摩擦系数对磨损影响较小；经响应面模型优化，热挤压的最优工艺参数为：挤压温度858℃，挤压速度16.6 mm·s^-1，模具初始硬度50 HRC。该工艺下凸模最大磨损深度为7.95×10^-5 mm。
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  7136铝合金型材挤压过程动态再结晶演变模拟和实验研究

  牛关梅, 李伟, 吕丹, 王军强, 肖翔, 黄东男, 刘成

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 86-93. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.012

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  为研究7136铝合金型材挤压过程动态再结晶行为演变规律，通过实验和有限元结合的方法确定了7136铝合金本构模型和动态再结晶动力学模型的相关参数。基于上述材料模型，采用Qform有限元软件建立了7136铝合金型材挤压过程微观组织模拟模型，发现型材截面典型部位动态再结晶分数的有限元模拟预测值与实验统计值吻合很好，其中挤压态型材表层动态再结晶分数明显高于型材心部均匀变形区，由于型材挤压过程中表层复杂的变形状态使得动态再结晶分数最高达到70%，均匀变形区动态再结晶体积分数只有8%。采用有限元法进一步研究了不同挤压工艺参数对型材动态再结晶分布的影响规律，坯料温度和挤压速度对型材断面均匀变形区动态再结晶分数的影响较小，动态再结晶分数预测范围为7%~9%；但是随着坯料温度和挤压速度的增大，型材断面动态再结晶分数小于10%的面积显著减小，型材表层动态再结晶分数最大值明显增加。
材料性能与变形理论
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  TC18钛合金棒材锻造时拔长过程织构模拟

  李志尚, 陈立全, 杨平, 靳张衡, 顾新福, 颜孟奇, 沙爱学

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 94-102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.013

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  通过模拟考察了TC18钛合金棒材锻造时拔长过程的织构形成规律和表面与中心的形变不均匀性。首先用有限元法模拟了拔长过程棒材不同区域的温度、等效应力和等效应变的分布差异，然后用粘塑性自洽模型（VPSC）模拟了棒材不同位置、不同拔长方式对具有BCC结构的β相织构的影响。结果表明，在拔长过程中，中心区域织构变化程度远大于边部。初始织构影响拔长织构的类型，实测的拔长后的织构与基于实测初始织构模拟的拔长织构的类型基本相同。当初始织构为随机取向分布和总拔长量约为80%时，在棒材外形从四方拔长、六方拔长、八方拔长到滚圆拔长的变化过程中，板织构特征消失，织构强度也明显减弱。此外，边部与心部的织构类型差异加大。
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  基于ABAQUS的汽车尾灯支架装配变形数值模拟

  江楠森, 李屹峰, 罗帅, 闵宏恩, 陈泽中

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 103-109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.014

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  针对某款汽车尾灯在装配过程中容易产生尾灯支架变形导致尾灯与后举门配合变差的问题，选用两种不同材料的橡胶垫片，基于ABAQUS有限元软件平台建立了仿真计算模型，得到两种橡胶垫片的超弹性本构模型，结合尾灯支架打紧点变形区的位移场分布分析了垫片厚度和种类对尾灯支架变形的影响规律。结果表明，尾灯支架变形与橡胶垫片厚度呈正相关，其中支架与平垫圈接触面变形量最大，沿着打紧点径向方向，变形量逐渐降低。选用氢化丁腈橡胶垫片装配可以减小尾灯支架变形，当氢化丁腈橡胶垫片厚度为3 mm时，尾灯支架最大变形量最小，为0.171 mm，符合大多数车企对尾灯支架变形的控制要求。
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  基于Gissmo材料失效准则的圆盘剪剪刃应力模拟

  徐宽, 夏明生, 刘靖宝, 王朝, 王秋雨, 任素波

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 110-116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.015

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  为了研究圆盘剪剪切过程中带钢的失效过程、圆盘剪剪刃受力以及不同因素对上剪刃所受应力的影响，基于有限单元法建立了圆盘剪三维模型，并引入Gissmo材料失效准则分别计算分析了不同侧向间隙、重叠量和上剪刃刃角下的上剪刃所受应力。结果表明，上剪刃刃角对上剪刃所受应力的影响最为明显，上剪刃所受应力随上剪刃刃角的增大而减小。侧向间隙对上剪刃所受应力存在一定影响，当侧向间隙为0.5 mm时，圆盘剪上剪刃所受应力最小。重叠量对圆盘剪上剪刃所受应力的影响不明显。最后，将仿真结果与实际生产数据对比，发现仿真结果与实际生产整体趋势基本一致。
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  准静态轴向压缩载荷下Al-CFRP混合薄壁管抗撞性优化

  马其华, 董帆, 甘学辉

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 117-128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.016

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  为了更深入地了解设计参数对混合薄壁管性能的影响，从混合结构中组合件的吸能分担角度出发，采用ABAQUS有限元软件建立有限元模型，通过验证的有限元模型分析各材料成分在变形模式和能量吸收上的差异，研究混合管的耦合增能效应。考虑轻量化与材料成本，在保证吸能量的同时，选取缠绕层数为6层的混合管作为优化对象，选取比吸能和压溃力峰值作为优化目标函数，以铝管厚度和碳纤维增强复合材料（CFRP）缠绕角度作为优化变量，采用改进的非支配排序遗传算法（NSGA-II）在约束范围内确定最优铝管厚度和铺层角度，所得到的混合管优化结果在满足压溃力峰值限制的情况下具有最佳的吸能特性。
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  基于相组分的Yoshida-Uemori模型建立与验证

  李春光, 刘常升, 鄂宏伟, 郑学斌

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 129-136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.017

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  针对低碳微合金化及高硅两种成分体系的DP780高强钢材料开展了拉伸-压缩及加载-卸载试验，并基于精度较高且应用广泛的Yoshida-Uemori硬化模型对上述两种材料的力学行为进行表征。结果表明，高硅DP780的弹性模量衰减速度高于微合金化DP780，Yoshida-Uemori硬化模型对两种高强钢反向加载屈服应力的描述略有误差，但是随着变形的进行逐渐吻合。同时，针对两种成分体系的DP780材料建立了基于相组分的Yoshida-Uemori硬化模型，并进行了典型S形梁的冲压试制与仿真分析，将理论与试验结果进行对比验证。结果表明，考虑相组分的Yoshida-Uemori硬化模型对于回弹的预测具有更高的精度。利用考虑相组分的Yoshida-Uemori硬化模型对典型S形梁零件冲压工艺参数进行优化，成形零件的形状和尺寸精度被控制在0.5 mm以内。
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  轻质高强类蜂窝夹层结构轴向压缩屈曲失效分析

  李响, 宋小俊, 曹祥斌

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 137-143. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.018

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  基于传统力学理论和Engesser法，建立类蜂窝夹层结构受压载荷模型，推导轴向压缩载荷作用下的临界屈曲载荷计算公式，通过实验与数值模拟相结合的方式验证了该理论公式准确性。同时，运用理论分析和数值模拟相结合的方法研究了类蜂窝芯胞元个数、面板厚度以及胞元参数等对结构稳定性的影响，进而得到等效密度与屈曲载荷对胞元参数响应关系。研究结果表明，在不考虑结构轻质时，增大上、下面板厚度和胞元壁厚可提高屈曲载荷，增强结构可靠性；在考虑结构轻质时，增大斜边边长在有效减小等效密度的同时，可有效增大整体屈曲载荷。
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  AA6014铝合金热变形行为及热加工图

  荆丰伟, 武晓燕, 段晓鸽, 仇鹏, 江海涛

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 144-153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.019

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  采用热压缩模拟实验研究了AA6014铝合金在变形温度为320~520℃，应变速率为0.01~10 s^-1下的热变形行为。研究结果表明，在变形温度和应变速率的变化过程中，AA6014铝合金的应力呈温度负敏感性和应变速率正敏感性，增大应变速率和降低变形温度均会增大合金的变形抗力，应力-应变曲线为动态回复型曲线。依据应变量为0.3、0.5、0.7和0.9时材料的热变形数据，基于DMM原理构建了不同应变量下的AA6014铝合金热加工图，分析和讨论了AA6014铝合金的变形工艺。结果表明，AA6014铝合金的安全热加工区间集中于中、低应变速率区，在安全区内存在动态回复及再结晶特征，失稳区内出现局部流变特征。其功率耗散率η最大值位于320℃<T<520℃，0.56 s^-1<$\dot \varepsilon $<1 s^-1变形条件范围内，AA6014铝合金的最佳成形工艺窗口确定为370℃<T<520℃，0.01 s^-1<$\dot \varepsilon $<0.056 s^-1和320℃<T<520℃，0.56 s^-1<$\dot \varepsilon $<1 s^-1。
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  焊丝钢热变形本构模型研究

  刘倩, 李佳凝, 田亚强, 翟进坡, 田路, 陈连生

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 154-160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.020

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  利用Gleeble-3500热模拟实验机对焊丝钢ER70S-6进行等温恒应变速率压缩实验，研究其热变形行为，变形温度范围为900~1200℃，应变速率范围为0.01~10 s^-1，获得应变为60%时的真应力-真应变曲线。采用修正的Johnson-Cook模型与应变相关的Arrhenius模型分别拟合热压缩实验中的真应力-真应变数据，确定了两种本构模型的参数值，进而对比研究了两种流动应力模型的预测精度。结果表明，流变应力随变形温度的增加而减小，随应变速率的增加而增加。根据修正的Johnson-Cook模型与应变相关的Arrhenius模型计算所得预测值与实验值之间的平均误差分别为11.6%与4.51%。前者适用于多组应力-应变曲线变化趋势相同的情况，而后者与实验数据吻合度好，能够准确预测焊丝钢的流变应力。
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  Ti55531钛合金本构方程及动态再结晶模型建立

  郑宝星, 邓小虎, 武川

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 161-169. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.021

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  根据Ti55531钛合金在变形温度730~900℃、应变速率0.001~10 s^-1条件下的等温压缩实验数据，采用线性回归方法对流变应力、应变速率和变形温度之间的关系进行拟合，建立了Ti55531钛合金Arrhenius型本构方程，得到了Ti55531钛合金的热变形激活能为288849.2 J·mol^-1。将通过本构方程得到的峰值应力计算值与实验值进行对比和计算，得出峰值应力计算值与实验值的平均相对误差为7.44%，平均相对误差较小，所建立的本构方程能够较好地反映Ti55531钛合金的热变形行为特征。通过进一步对压缩实验数据进行回归分析，得到了Ti55531钛合金动态再结晶过程的临界应变模型、体积分数模型和晶粒尺寸模型。为了验证动态再结晶模型，采用有限元方法对热压缩实验过程进行了模拟，模拟结果和实验结果吻合较好。
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  热处理对锻态Ti-44Al-8Nb-0.2W-0.2B-0.5Y合金组织及性能的影响

  姚昊明, 王琪斌, 王涛, 韩建超, 张树志, 肖树龙, 陈玉勇

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 170-176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.022

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  研究了不同热处理工艺对锻态Ti-44Al-8Nb-0.2W-0.2B-0.5Y合金组织及力学性能的影响。结果表明，经1310℃/10 min/炉冷全片层热处理，晶界处的β/B2相基本消失，组织为全片层组织，α₂/γ片层团尺寸约为80 μm。随着全片层热处理时间增加，片层团尺寸明显增加。相较于炉冷组织，空冷组织中α₂与γ片层晶界相对模糊，室温下主要以过饱和α₂相的形式存在。经1250℃/1 h/炉冷双态热处理，合金组织中仍保留着大量α₂/γ片层团。随着双态热处理时间的延长，最终得到了细小的等轴γ晶粒和细晶α₂/γ片层团组成的双态组织。拉伸测试结果表明，经1310℃/10 min/空冷热处理获得的全片层组织的拉伸强度最高，达到898 MPa。1250℃/2 h/炉冷得到的双态组织具有较好的综合力学性能，拉伸强度和伸长率分别达到830 MPa和4.05%。
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  基于动态再结晶软化机制的H90黄铜高速摩擦磨损数值模拟

  王猛, 王舜, 冯小亮, 郭策安

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 177-183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.023

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  针对H90黄铜合金的高速摩擦磨损行为及失效机制，利用ANSYS/LS-DYNA动力学软件建立了H90黄铜/钢球摩擦副高速滑动有限元模型，对黄铜平板的往复式高速摩擦磨损行为进行了数值模拟。结果表明，摩擦热和塑性功热造成摩擦接触表面材料急剧温升，添加材料单元的临界温度失效控制准则能够有效模拟材料因动态再结晶软化导致的失效磨损行为。高速滑动摩擦仅在距接触面表层下几十微米区域产生严重磨损，其等效应力和应变等值线呈孤岛状不连续分布特性。得到的微观变形失效特征与试验观测吻合较好。
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  空位与P原子对铁Σ3(111)晶界拉伸和剪切变形行为的影响

  吴之博, 张兴红, 周冰娆, 臧志伟, 吕知清

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 184-193. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.024

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  采用分子动力学方法建立了含0.5%、1%和1.5% P原子或空位的铁Σ3（111）晶界的原子结构模型，并对其拉伸和剪切变形行为进行了计算分析。结果表明，在相同条件下，不同空位和P原子含量（0.5%、1%和1.5%）的Σ3（111）晶界力学行为基本一致，力学性能略有差异。含1%空位的Σ3（111）晶界与无缺陷Σ3（111）晶界的拉伸应力-应变曲线基本一致。空位的存在使Σ3（111）晶界的剪切强度降低，在同一温度下，含1%空位Σ3（111）晶界的剪切强度均低于无缺陷Σ3（111）晶界，含1% P原子的Σ3（111）晶界的抗拉强度远低于无缺陷和含1%空位的Σ3（111）晶界。在相同温度及相同P原子或空位含量时，P原子与空位初始间距（<14.18 Å）对Σ3（111）晶界的抗拉强度和伸长率具有一定的影响，但影响不大。在同一温度下，初始间距为2.03、6.08和10.13 Å的Σ3（111）晶界的剪切强度依次降低。P原子与空位的初始间距增大到14.18 Å时，空位对Σ3（111）晶界的影响弱化，P原子对Σ3（111）晶界的影响增大，使晶界剪切强度升高。
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  纳米多晶Cu-Ni合金拉伸行为的分子动力学模拟

  张国栋, 赵俊生, 高帅, 李秀春, 李春建

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 194-199. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.025

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  为了研究平均晶粒尺寸和应变速率对Cu-Ni合金弹性模量和屈服强度的影响，采用分子动力学方法对纳米多晶Cu-Ni合金在拉伸过程中的变形行为进行了模拟，建立了具有不同平均晶粒尺寸的5种Cu-Ni合金模型，对其弹性模量和屈服强度与平均晶粒尺寸的关系进行了系统地分析。结果表明，Cu-Ni合金的弹性模量和屈服强度随平均晶粒尺寸的增大而增大。对平均晶粒尺寸为10.66 nm的合金模型施加1×10⁹~5×10⁹ s^-1的应变速率。结果表明，弹性模量受应变速率的影响较弱，屈服强度随应变速率的增加而增大。最后，根据位错的产生与演化，探讨了纳米多晶Cu-Ni合金在拉伸过程中的原子构型的变化情况，发现拉伸过程中位错更易在晶界处产生，位错滑移方向与拉伸方向成锐角或趋于一致。
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  基于落锤压溃高强双相钢断裂失效模型

  罗玉梅, 王博, 李伟

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 200-206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.026

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  以高强双相钢HC420/DP780D+Z为研究对象，基于动静态拉伸试验，获取材料在高应变速率下的力学性能曲线；基于Swift-Hockett-Sherby混合模型，获取材料的本构模型。基于GISSMO断裂失效准则，设计5种断裂失效试样，获取力-位移曲线；采用模型仿真与试验对标拟合的方式获取不同失效状态下的应力三轴度和极限塑性应变等关键参数，拟合获得材料的断裂失效模型曲线。基于帽形薄壁梁落锤压溃试验，采用试验和仿真对比分析的方法对比GISSMO断裂失效模型、传统失效参数设置等的差异，用以验证所建立断裂失效模型的准确性。结果表明，双相钢材料HC420/DP780D+Z具有一定的应变速率敏感性；材料的极限塑性应变受应力三轴度的影响较大；采用GISSMO断裂失效模型获得的落锤压溃仿真分析结果与试验结果一致性较高，最终变形压溃量的相对误差小于3%，高于传统分析方法；同时，承载和吸能的仿真与试验结果也基本一致；模型很好地反映了材料的真实性能，表明所采用的GISSMO失效模型是可靠的。
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  2024铝合金薄壁板材淬火过程建模仿真

  邓涛, 靳舜尧, 刘乐

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 207-216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.027

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  针对2024铝合金薄壁零件易产生严重的淬火扭曲变形的问题，利用有限元分析和实验验证的手段，考虑淬火介质（水）相变及试件浸入过程对热交换的影响，对淬火过程中零件与介质的换热过程进行了研究。结果表明，相比不考虑浸入的淬火过程，有浸入过程的淬火试件的温度场变化梯度较大，导致试件发生较大的变形，与实验结果吻合。考虑介质（水）相变时，初始阶段水蒸汽的产生抑制了换热速率，但随着淬火的进行，水蒸汽气泡会将热量快速带走，增加了换热速率，导致两种情况下的换热系数存在较大的差异。
成形装备与智能制造
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  二次冷轧过程工作辊温度场计算及影响因素

  程志彦, 张亚震, 刘亚星, 白振华

  塑性工程学报. 2021, 28(9): 217-227. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.09.028

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  针对二次冷轧机组在轧制过程中由于工作辊温度场变化而引起不同热凸度，造成头、尾板形难控制以及中间板形中浪缺陷明显的问题，在跟踪现场轧制典型钢种下机后工作辊温度变化的基础上，充分考虑二次冷轧机组的设备与工艺特点，分析了二次冷轧机组轧制过程中工作辊温度场的演变机理，建立了工作辊周向、轴向和径向随时间的演变模型，揭示了工作辊温度场的演变规律，进一步分析了影响工作辊温度场的因素。将研究成果应用到某钢厂二次冷轧机组，为现场对头、尾板形以及中卷板形的控制起到了理论指导作用。