2023年, 第30卷, 第5期　
刊出日期：2023-05-28

  

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综合评述
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  介观尺度模拟方法及其在金属材料微观组织演变中的应用

  郭广顺, 王明明, 纪宏超, 李冬冬, 裴未迟, 魏晨阳, 史昱

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 1-11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.001

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  介观尺度模拟方法是表征金属材料微观结构变化或微观组织结构与力学性能之间关系的重要手段，可以在减少实验数量的基础上，将结果性实验向过程性实验转移，从而更直观地表征实验结果。针对金属材料常见的介观尺度模拟方法，对晶体塑性模型、蒙特卡罗法、相场法以及元胞自动机法进行了综述，回顾了不同方法的理论基础和发展历程，阐述了其特点及局限性；分别从金属材料织构演变、动态再结晶、固态相变和凝固相变等角度介绍了不同方法的典型应用场合，最后展望了该领域未来的发展趋势，以期为金属材料微观组织演变的介观尺度模拟提供更具参考性的方法。
塑性成形技术与工艺
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  多楔轮轮毂冲锻成形工艺及影响因素研究

  薛克敏, 孙风成, 张容, 王荣胜, 李萍

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 12-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.002

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  针对某筒形多楔轮轮毂零件的结构特点，基于板料近净成形原理，对其轮毂成形制定了多道次冲锻工艺方案。基于DEFORM-3D软件平台建立了多道次冲锻成形全流程三维有限元模型，通过数值模拟研究了模具结构参数对缩径翻边和镦锻工序中成形缺陷的影响，并分析了成形过程中的等效应变分布与轮毂筒壁壁厚变化情况。结果表明，当两道次缩径翻边步长l₁和l₂的取值范围为12.8～15.6 mm、第1道次缩径翻边圆角半径r₁不小于16 mm时，轮毂筒壁成形结果良好，没有产生失稳和削料。当整形上模圆角半径R为3.5 mm时，镦锻末期在筒壁与凸缘交接处不会产生折叠缺陷。根据模拟结果进行实验验证，成功试制出多楔轮轮毂，验证了工艺制定及参数选择的可靠性，并最终在此基础上制得合格的多楔轮零件。
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  基于上限法的闭式冷正挤压棒料脱膜状态分析

  金城旭, 任靖日, 赵海龙

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 21-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.003

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  考虑一种非磷系润滑膜的脱膜长度，通过上限法分析模型对棒料的闭式冷正挤压工艺进行了分析。通过实验获得了脱膜长度随锥模半角和断面收缩率的变化规律。实验结果表明，随断面收缩率的增长，脱膜长度快速增长。随着锥模半角的增长，脱膜长度也在增长，但是锥模半角增大到一定程度后，脱膜长度的增长幅度减小。求得总功率为最小时的最佳锥模半角，范围是15°～28°，最佳锥模半角随脱膜长度的增加而增加。在成形载荷方面，与DEFORM商用有限元分析软件的仿真结果进行了比较，上限法算得的成形载荷略大于有限元仿真结果，而且两者的载荷曲线较为相近，证明了该上限法分析模型的合理性，也表明上限法更有利于成形设备的选型。
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  基于双侧辅板约束的钛合金U形件室温下柔性自由渐进成形

  刘凯歌, 常志东, 杨梅, 陈军

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 27-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.004

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  为了实现低塑性钛合金板料在室温下的成形，提出了基于方向交替的扩张型加工轨迹，用于基于双侧辅板(DC05或SAPH440)约束的钛合金柔性自由渐进成形(FFISF)。利用ABAQUS对TC4钛合金U形件的室温FFISF过程进行了有限元分析，为工艺参数的选择提供指导。结果表明，所提出的加工轨迹可以有效提高上辅板的成形能力，避免了传统加工轨迹导致的上辅板中心隆起缺陷和侧壁褶皱缺陷，使其在加工过程中全程辅助TC4钛合金目标板材产生相应的塑性变形。将新型加工轨迹与合理的工艺参数应用于FFISF，可以在室温下成形出TC4钛合金直壁角U形件，成形件具有良好的几何精度、表面质量和均匀的厚度分布。分析表明，零件实际壁角大于加工轨迹壁角，原因在于成形过程中零件侧壁向中心夹紧并且在上、下辅板之间出现空腔。
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  Sn-Bi合金介质压力成形下轻质铝板的成形性

  邵林, 王立岩, 刘双宇

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 35-41. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.005

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  提出了Sn-Bi合金介质压力成形方法，利用Sn-Bi合金介质的热敏感特性，通过温度控制其流变行为，可以改变板材压边区的流动状态，同时可实现板材的无压边成形。采用欧拉-拉格朗日自适应网格建立了有限元模型，分析了Sn-Bi合金介质的厚度对成形板材在成形过程的应力、应变和板材厚度分布的影响。揭示了Sn-Bi合金介质压力成形下抑制起皱、破裂的机理。数值模拟结果与试验结果一致，Sn-Bi合金介质压力成形可改善板材成形应力分布，提升板材成形材料流动均匀性，抑制板材失效，为板材的无余量防皱成形方法提供了理论依据。
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  镁合金板材室温矫直开裂研究

  王荣军, 李雨珊, 杜晓钟, 张鹏翀, 李广锋, 黄志权, 马立峰

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 42-48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.006

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  在利用有限元逆向标定法确定镁合金材料的GTN损伤模型参数值的基础上，将损伤参数引入板材矫直模型中，通过模拟与矫直试验相结合的方法，分析了不同矫直工艺方案及预制V形裂纹几何尺寸对裂纹扩展的影响规律。结果表明，当压下量达到一定程度时，孔洞体积分数达到材料断裂时的孔洞体积分数。随着入口压下量的增大，裂纹尖端处达到材料断裂时的孔洞体积分数的次数增多，裂纹扩展长度增加。长宽比较大的V形裂纹尖端处应力集中现象明显，孔洞体积分数更容易达到材料断裂时的孔洞体积分数，容易发生裂纹萌生和扩展。采用较小压下量对板材进行矫直，可有效减小板材裂纹扩展。
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  碳钢/不锈钢同速异径蛇形轧制复合变形规律

  江连运, 陈亚飞, 梁佳乐, 赵海峰, 杨若雯, 马琦琦

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 49-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.007

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  为提高碳钢/不锈钢板材轧制复合界面结合强度并降低轧后弯曲，采用ANSYS LS-DYNA有限元软件模拟了碳钢/不锈钢在1200 ℃开轧温度下的同速异径蛇形轧制复合过程，分析了不同压下率、辊径比、错位量与初始板厚等对轧后板材变形行为的影响规律，并进行了轧制复合实验，验证了有限元模拟的准确性。结果表明，与同步轧制和异步轧制相比，同速异径蛇形复合轧制能提高轧后板材界面结合强度并降低轧后弯曲。增大压下率可提高轧后板材界面的结合强度和轧后层厚比，且随压下率和辊径比的增大，轧后板材均出现反向弯曲，表明存在合适工况使轧后板材平直，如当初始板厚为20 mm，压下率为40%，错位量为5 mm，辊径比为1.15～1.20，初始层厚比为0.25～0.33时，轧后板材接近平直。
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  冷连轧过程中碎浪缺陷的有限元模拟

  孙荣生, 崔熙颖, 李学通, 白晓帅, 王楠, 白振华

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 58-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.008

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  针对某1450冷连轧机组在轧制成品厚度低于0.6 mm的冷轧板时易出现不同于常规边浪缺陷的单边碎浪及双边碎浪的问题，结合现场生产实际和某典型规格产品工艺进行了非线性有限元轧制过程金属三维形变过程数值分析。首先，根据实际情况划分轧辊单元网格，并建立了连轧有限元模型。在此基础上，完成了典型规格产品1/2轧制有限元模型分析、冷轧各道次变形区有限元分析以及整个冷轧过程带钢的有限元分析。通过建立冷连轧过程中轧辊受力、变形以及带材变形情况模型，模拟了碎浪缺陷的形成过程，并研究了轧制工艺参数对轧制过程的影响。对仿真模拟实验结果进行了分析，得到与现场实际板形相同的双边碎浪板形缺陷。
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  中高应变速率轧制AZ31镁合金边裂组织研究

  邢秀伟, 黄晨, 刘阳, 朱必武, 杨伟成, 肖罡

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 66-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.009

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  对铸态AZ31镁合金进行了轧制温度为320～460 ℃、平均应变速率为1.9～7.8 s^-1的中高应变速率轧制，研究了不同轧制工艺参数下AZ31镁合金板的边裂长度及形核、扩展和止裂机制。结果表明，随着轧制温度的升高，边裂平均长度整体呈下降趋势。随着平均应变速率的增加，轧制边裂得到改善。边裂扩展路径上孪晶和再结晶是主要的微观结构。在中等应变速率轧制中，再结晶不完全，粗晶区和细晶区均存在。在高应变速率轧制中，再结晶速率快，再结晶完全，因此微观组织以细晶区为主。粗晶区的边裂由孪晶诱导产生并在边裂扩展路径上产生大量的孪晶，在边裂尖端，孪晶再结晶的产生抑制了边裂的扩展。细晶区的边裂是由孔洞形核、长大和合并引起的，大量细小的再结晶晶粒阻碍了边裂扩展，且晶粒越细小，边裂扩展受阻程度越大。
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  工艺参数对高温合金薄壁异型曲面件旋压成形质量的影响

  王永娣, 高鹏飞, 李宏伟, 詹梅

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 73-80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.010

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  研究了进给比、芯模转速、旋压温度和坯料直径对GH3128高温合金薄壁异型曲面构件热旋成形质量的影响。结果表明，在给定参数内，随着进给比的增大，壁厚减薄量减小，但起皱程度增大。随着芯模转速的增加，壁厚减薄量增大，但起皱程度减小。随着旋压温度的升高，壁厚减薄量呈现先增大后减小的趋势，而起皱程度呈现先减小后增大的趋势。随着坯料直径的增大，壁厚减薄量和起皱程度都呈现出逐渐增大的趋势。综上，在给定参数内，进给比、芯模转速和旋压温度3种参数对壁厚减薄量和起皱程度的影响规律均呈现相反的变化趋势，而坯料直径对起皱程度和壁厚减薄量的影响变化趋势一致，因此为了得到较小的壁厚减薄量和起皱程度，进给比、芯模转速和旋压温度应该取参数范围的中间值，而坯料直径可在满足成形要求的前提下取较小值，据此确定了最优的旋压参数组合。
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  基于柔性滑动分体式型腔模具的环形件内高压胀形研究

  陈兴, 徐雪峰, 范玉斌, 贺锐睿, 张举, 危立明

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 81-87. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.011

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  针对具有小半径圆角的薄壁环形件的内高压胀形工艺存在所需内压过大和零件贴模程度差的问题，提出了传统内高压胀形以及基于柔性滑动分体式型腔模具的内高压胀形两种成形工艺。分析了在相同加载路径下两种成形工艺的有限元模拟结果，确定了基于滑动分体式型腔模具的内高压胀形工艺方案为较优方案。采用正交试验探究了进给量、最大内压和保压时间对成形件的胀形高度和最大壁厚减薄率的影响，并对试验结果进行了极差分析，结果表明，进给量和最大内压分别是胀形高度以及最大壁厚减薄率的最大影响因素。对试验结果进行综合分析得到了最优方案，即进给量19 mm、最大内压80 MPa和保压时间1 s。采用最优方案进行了试验，结果显示该方案可成形出合格的零件，测量成形件的壁厚分布并与有限元模拟结果进行了对比，有限元模拟结果与试验结果的壁厚减薄趋势基本相符。
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  扭转连接件压胀复合内高压成形工艺优化及试验研究

  黄迪, 黄海波, 叶鑫宇, 刘文, 张池, 张海英, 林凯, 林立, 严翔

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 88-95. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.012

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  为获取高疲劳寿命、高生产效率的汽车底盘扭转连接件，针对零件轴线长、截面变化剧烈等问题，制定了压胀复合内高压成形工艺，并采用数值模拟分析了预弯高度、管坯直径和内压力对零件成形质量的影响。通过Box-Behnken Design设计构建了响应面模型，并进行了扭转连接件的压胀复合内高压成形试验。结果表明，模拟结果和试验结果基本吻合，均在预弯高度为24 mm、管坯直径为Φ44.95 mm、内压力为66.14 MPa时成形出合格零件，零件壁厚分布均匀，特征截面质量较好，验证了工艺的可行性和数值模型多目标优化的可靠性。
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  Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金的高温塑性变形行为及热加工图

  朱宁远, 赖文坤, 罗国虎, 赖文韬, 陈秋明, 陈俊郎, 陈世豪

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 96-104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.013

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  采用Gleeble-1500热模拟试验机进行等温恒应变速率热压缩实验，探究了Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金在应变速率为0.1～10 s^-1、变形温度为1173～1323 K及最大变形量为60%条件下的高温塑性变形行为。探究了工艺参数对真应力-真应变曲线的影响，采用Arrhenuis模型构建了耦合应变的本构方程，基于动态材料模型及Babu流变失稳准则构建了热加工图。结果表明，Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金的流动应力随应变速率的减小及变形温度的增加呈下降并趋于平稳的趋势，且温度敏感性在低温区比高温区强。真应力-真应变曲线在变形温度1173～1273 K下的α+β相区呈现出动态再结晶特征，在变形温度为1323 K的β相区呈现出动态回复特征。建立的耦合应变的Arrhenuis本构方程具有较高的预测精度。利用Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金热加工图，确定了该合金最优塑性变形工艺参数为变形温度为1230～1323 K和应变速率为0.1～0.816 s^-1。
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  基于物理参数和响应面法的S280超高强度不锈钢本构模型

  张开铭, 王克鲁, 鲁世强, 柳木桐, 钟平, 田野

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 105-115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.014

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  采用Thermecmaster-Z型热模拟试验机在变形温度为800～1000 ℃、应变速率为0.001～10 s^-1条件下对S280超高强度不锈钢进行了等温恒应变速率压缩实验，分析了S280超高强度不锈钢的热变形行为，计算了热变形激活能。考虑变形温度对自扩散系数和杨氏模量的影响，建立了S280超高强度不锈钢基于应变补偿的物理本构模型。以变形温度、应变速率和应变为输入变量，流动应力为响应目标，建立了S280超高强度不锈钢的响应面本构模型。结果表明，S280超高强度不锈钢为正应变速率负温度敏感型材料，其流动应力随应变速率的增加和变形温度的降低而增大。热变形激活能对变形条件敏感，其随变形温度、应变速率和应变的增加而减小。基于应变补偿的物理本构模型具有一定的物理意义和良好的预测精度，其相关系数R和平均相对误差e_AARE分别为0.971和7.8%。响应面本构模型的响应曲面和等高线图能反映变形条件之间的相互作用对流动应力的影响。建立的两个本构模型都能够用于表征S280超高强度不锈钢在热变形过程中的流动应力行为。
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  B280VK高强钢的Johnson-Cook本构模型与失效参数确定

  刘晶, 张波, 杜展鹏, 何汶峰, 苏玉龙

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 116-125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.015

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  通过对B280VK高强钢进行动态和准静态拉伸试验获取了其相关力学性能，并基于Johnson-Cook本构模型反求出B280VK高强钢的本构模型参数。结果表明，Johnson-Cook本构模型拟合曲线与试验拉伸曲线具有较高的一致性，能够反映出B280VK高强钢材料拉伸应力及应变变化趋势，可用于预测B280VK高强钢的应力-应变关系。然后，利用不同缺口样件准静态和动态拉伸载荷工况下获得的失效应变和应力三轴度值，通过最小二乘法拟合获得Johnson-Cook失效模型参数。最后，通过对比仿真与试验结果发现仿真与试验的载荷-位移曲线具有较高的一致性，并且峰值载荷最大相对误差被控制在9.23%以内，验证了B280VK高强钢的Johnson-Cook失效模型的准确性。
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  基于真实结构的泡沫铝建模方法

  李成兵, 叶强, 张吉涛, 李锐, 李仁富

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 126-134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.016

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  在深入分析真实结构泡沫铝的细观结构特点的基础上，提出了泡沫铝的三维有限元模型的建模方法。首先，根据泡沫铝样品的胞孔分布及形状特征，决定采用随机椭球形、随机球形及随机不完整球形来模拟胞孔的形状特征，为此开发了随机胞孔投放算法及边界条件算法。其次，将初始有限元模型进行剖分之后，通过引入胞孔识别算法建立了泡沫铝的三维有限元模型，其中包括胞孔均匀分布和梯度分布有限元模型。最后，研究了冲击载荷下泡沫铝胞内有无空气对整体力学性能的影响及压缩过程中孔壁的变形损伤机理。研究结果表明，所建立的三维有限元模型能够较好地反映泡沫铝的变形损伤机理，且在高速冲击下空气对泡沫铝的力学性能略有影响。
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  AZ31镁合金成形极限图的实验研究与数值模拟

  沈文锦, 薛凤梅, 康锦程, 李陈真, 墨馨遥, 刘毅

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 135-140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.017

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  利用Nakazima半球凸模胀形实验构建了AZ31镁合金在170、200和230 ℃温度条件下的成形极限图，分析了温度对AZ31镁合金成形极限的影响。利用有限元方法对AZ31镁合金在200 ℃温度下的胀形过程进行了数值模拟，并将所得模拟结果与实验结果进行对比。结果表明，随着胀形温度的升高，AZ31镁合金的变形抗力不断降低，显著提高了其成形极限，并验证了AZ31镁合金的塑性从100 ℃快速上升，到200 ℃后上升变缓。数值模拟和实验研究的结果具有较好的一致性，证实了所构建模型的有效性。
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  42CrMo钢超声滚压残余应力及等效塑性应变研究

  杜志钢, 魏昕, 杨宇辉, 李毅

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 141-149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.018

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  基于接触力学模型，建立了超声滚压加工残余应力分布的理论模型，模拟了不同静压力、进给速度和振幅下的超声滚压加工过程，分析了超声滚压加工后残余应力和等效塑性应变的分布情况。结果表明，试样表面会发生不同程度的塑性变形并产生残余压应力。随着深度的增加，残余压应力逐渐增大，在深度为0.4 mm处达到最大值，之后逐渐转为残余拉应力，最后残余拉应力和残余压应力趋于平衡。随着深度的增加，等效塑性应变先增大后逐渐减小，最后在深度约1 mm处达到0。加工参数中静压力对残余应力和等效塑性应变的影响最为显著，最大残余压应力和等效塑性应变随着静压力的增大而增大，最大残余压应力和最大等效塑性应变分别为-910.07 MPa和0.46。对比残余应力实验和仿真结果，发现二者残余应力随加工参数的变化规律一致，并且误差范围基本保持在10%以内，验证了有限元模型的准确性和有效性。
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  梯度结构特征对梯度纳米晶Cu力学行为影响的有限元模拟

  刘娜娜, 侯兆阳, 周赛, 王晋国, 石焕文, 高磊, 邓庆田

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 150-156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.019

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  采用晶体塑性有限元方法，对具有不同晶粒尺寸梯度结构特征的梯度纳米晶Cu的力学行为、应变场和应力场进行了计算分析。结果表明，当晶粒尺寸分布的梯度率n=1时，即晶粒尺寸分布梯度满足线性关系，平衡了强度和塑性两个关键的力学性能指标，梯度纳米晶Cu具有最优的强塑性匹配。梯度纳米晶Cu在变形过程中，粗晶承担了较大的应变，而细晶粒承载了更大的应力。此外，当梯度率n=1时，梯度纳米晶Cu在塑性变形中具有最大的应变和应力梯度，而且体系达到稳定的应变和应力梯度较晚。模拟结果与理论分析和实验结果一致。
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  含裂纹损伤钢构件塑性性能分析方法

  昌毅, 余柳明, 江元琪, 邹杨洋, 易林莉, 胡文君

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 157-165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.020

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  在含裂纹损伤钢构件试验分析的基础上，考虑将含裂纹损伤钢构件的剩余极限强度近似当作材料的屈服强度，并引入含裂纹损伤钢构件的塑性承载能力R_d和脆性承载能力R_b，提出了含裂纹损伤钢构件塑性性能的分析方法，即基于剩余极限强度的R_b-R_d方法。通过对比该方法的理论计算结果与试验结果，验证了其可行性和有效性。基于剩余极限强度的R_b-R_d方法不仅弥补了含裂纹损伤钢构件塑性性能分析方法的空缺，而且能够较为快速准确地计算含裂纹损伤钢构件呈现塑性性能和脆性性能的概率。
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  基于包套压缩的高铬铸铁塑性变形行为及力学性能

  李艳威, 韩培盛, 朱晓宇

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 166-171. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.021

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  采用包套压缩工艺对本征脆性高铬铸铁进行了热压缩加工。将高铬铸铁与软韧碳钢包套组坯以后，采用热模拟试验机在温度为1150 ℃、应变速率为0.01 s^-1和压下量分别为10%、30%、50%的条件下进行热压缩实验，研究了高铬铸铁在包套压缩工艺下的宏观热塑性变形行为、微观组织演化和力学性能。结果表明，碳钢包套施加的三轴压应力状态有助于抑制高铬铸铁热变形过程中的裂纹萌生和发展，施加碳钢包套后，高铬铸铁可以实现较大变形量的热塑性变形，并且没有出现宏观裂纹和损伤。热压缩塑性变形细化了高铬铸铁中M₇C₃碳化物的微观晶粒尺寸。通过测定纳米硬度证实了高铬铸铁碳化物的微区硬度随着压下量的增加得到了强化。
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  两种固溶强化型镍基合金环锻件高温性能对比

  袁珂, 李钊, 王强, 赵春玲, 黄子琳, 邸士雄, 郎旭东

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 172-179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.022

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  针对可用于航空发动机燃烧室等高温关键部件的GH3230和GH3536两种固溶强化型镍基合金环锻件，基于其各自典型使用状态，开展了750、850和950 ℃条件下的拉伸强度、低周疲劳性能和持久寿命对比分析研究。结果表明，在750～950 ℃高温试验条件下，GH3230合金的拉伸强度、低周疲劳性能和持久寿命均明显优于GH3536合金。由于W元素的加入及晶界M₂₃C₆型碳化物的分布，GH3230合金基体的固溶强化效果和晶界强化效果优于GH3536合金。GH3230合金在其典型使用状态下具有更优异的高温力学性能，适用于制造下一代航空发动机更高使用温度的火焰筒等零件。
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  基于双向拉伸试验的QP980汽车高强钢复杂变形行为分析

  李萧彤, 苏洪英, 梁笑, 刘仁东, 林利, 徐鑫

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 180-185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.023

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  为了探索QP980先进汽车高强钢的复杂变形行为，采用Z100双向拉伸试验机进行了十字形拉伸试样设计，在标准试样的基础上进行了优化并通过仿真模拟对中心变形区域的受力情况进行了分析，验证了试样的有效性。研究了金属薄板双向拉伸试验的屈服轨迹的计算方法，对QP980先进汽车高强钢分别采用力值比、应变速率比和位移速率比3种控制方式进行双向拉伸试验，加载比例分别为4:0、4:1、4:2、4:3、4:4、3:4、2:4、1:4和0:4，根据塑性功相等原则计算获得了不同加载路径下QP980高强钢的屈服轨迹，通过对比分析采用应变速率比控制和力值比控制的屈服轨迹一致性更好。
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  TA1纯钛冷轧变形机理

  岳旭, 陈威, 李建康, 周靖森, 孙宇幸, 李可尔, 叶红川

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 186-194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.024

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  对TA1纯钛进行了不同变形量的冷轧加工，使用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪以及维氏硬度测试研究了TA1纯钛冷轧变形机理。结果表明，TA1纯钛在轧制过程中存在织构变化，轧制使< 0001> //TD的择优取向强度先增加后减小，并且基面上的双峰织构分布强度变弱。轧制会使α晶粒内产生孪晶，并以压缩孪晶为主。随着轧制变形量的增加，轧制产生的塑性变形由孪生转变为滑移，且位错密度逐渐增加，加工硬化效果更加显著，硬度不断增加。
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  基于三维RVE模型的颗粒增强粘接接头断裂失效分析

  杜垚, 曾凯, 邢保英, 张洪申, 秦怡歆, 陈江波

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 195-201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.025

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  开展了颗粒增强粘接接头的双悬臂梁试验，标定了其颗粒增强粘接层的I型断裂能。建立了颗粒增强粘接接头的三维代表性体积单元有限元模型，研究了粘接层厚度、颗粒粒径和颗粒体积分数3种粘接层结构参数对接头强度的影响规律，探讨了颗粒增强粘接接头的断裂失效机理。结果表明，在粘接剂中加入一定量的颗粒增强了粘接接头的力学性能，其峰值载荷随粘接层结构参数的增加呈现出先增大后减小的趋势，且在粘接层厚度为0.5 mm、颗粒粒径Φ60 μm、颗粒体积分数4%时达到最大值；颗粒的存在改变了裂纹的扩展路径，提高了接头的失效断裂能，进而提高了接头的力学性能。
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  新型车辆安全防护结构性能研究

  赵彦龙, 王建强, 李轩, 孙锐, 尹冠生

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 202-213. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.026

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  针对弯道货车路侧防护现有护栏缓冲吸能效果不佳，导致车辆常出现侧翻危害的问题，提出一种新型车辆撞击防护结构。为证明该结构的可行性，利用LS-DYNA有限元软件对货车碰撞该护栏进行了仿真分析，并进行了同等条件的实车碰撞试验，从车辆运行轨迹、冲击加速度和结构损伤形态3个方面进行了分析。最后基于有限元仿真模型，对该新型防护结构、传统混凝土护栏和波形梁护栏进行了防护效果对比分析。结果表明，与传统混凝土护栏和波形梁护栏相比，提出的新型防护结构的导向性能、缓冲性能和防侧倾阻拦性能均有所提升，可为解决弯道等特殊防护需求路段大型车辆路侧防护提供新的解决思路。分析了设置转动机构对防护结构导向性能的提升效果，为该结构设计的关键因素提供了指导。
成形装备与智能制造
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  板带热轧过程工作辊磨损预测研究

  彭文, 孙佳楠, 李旭东, 龚殿尧, 孙翼洲, 孙杰, 张殿华

  塑性工程学报. 2023, 30(5): 214-225. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.05.027

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  为实现轧辊磨损的精准预测，建立了基于Archard公式和轧制基本理论的工作辊磨损预测模型，使用ABAQUS建立了轧制过程中轧辊-工件热力耦合模型，在此基础上，系统分析了压下率、轧制速度、轧件宽度及支撑辊对工作辊接触应力和磨损的影响规律，并使用现场实测数据验证了模型的有效性。结果表明，随着压下率的增加，接触应力和磨损显著增大。轧制速度的增加基本不改变接触应力的分布情况，但会引起相对滑动速度增大，导致工作辊磨损增加。工件宽度影响磨损的轴向分布，随着轧件宽度的增加，接触应力和磨损减小。轧辊与轧件产生的磨损为辊间磨损的30倍以上。通过与某厂1580 mm 产线实际数据对比，计算磨损值与实测数据吻合良好，模型平均预测误差为3.85%，实现了轧制过程工作辊磨损的高精度预测。