2023年, 第30卷, 第7期　
刊出日期：2023-07-28

  

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综合评述
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  三维自由弯曲技术工艺及关键问题分析

  吴为, 周鹏, 徐鑫良, 刘龙

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.001

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  随着复杂弯曲构件在航空航天等领域的广泛应用,传统弯曲技术无法满足复杂弯管的加工需求,自由弯曲技术因而得到广泛关注。相较于传统弯曲成形技术,自由弯曲技术具有灵活性高、自由程度高、效率高以及可加工复杂弯曲构件的特点。首先从三维自由弯曲技术的基本原理入手,分析了平面弯曲和空间弯曲的工艺阶段;介绍了目前国内外对于自由弯曲阶段的数值解析方程;并对工装模具的结构尺寸和加工工艺参数对成形精度和成形质量的影响进行了分析综述;介绍了对于三维自由弯曲回弹的研究和预测,最后总结了自由弯曲技术目前仍存在的问题和对以后的展望。
塑性成形技术与工艺
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  板材局部增强抗破裂方法及其在铝合金胀形中的应用

  高铁军, 赵仕奇, 王凯锋, 李少华, 贺文勃

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 9-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.002

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  针对板材半模成形过程中容易发生破裂的问题,借鉴覆层板成形及反向充液成形等方法,提出了一种板材局部增强抗破裂的成形新方法,将具有一定强度的增强层粘贴于成形试件破裂区域,通过改善破裂及相邻区域的应力和应变状态,实现了提高板材成形性能的目的。通过板材球头胀形成形过程应力分析,确定了局部增强方法对提高板材胀形性能的可行性;通过不同增强层数的Al1060板材拉伸实验,得到了局部增强材料及层数对Al1060板材应力、应变及强度的影响;最后通过Al1060板材胀形实验和有限元分析,得到了增强材料层数及增强区域宽度对Al1060板材极限胀形高度及壁厚分布的影响。结果表明,板材局部增强方法一定条件下提高了板材抗破裂性能。
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  6082-T6挤压铝合金防撞梁压弯成形及回弹补偿

  申丹凤, 聂昕, 陈建

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 15-22. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.003

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  以6082-T6挤压铝合金防撞梁为例,采用创新低成本挤压铝合金压弯工艺,将薄板冲压的压弯成形及回弹分析方法应用于挤压铝合金的实体压弯工艺。对材料模型、单元类型、网格划分和参数设置等进行了研究,并通过样件试制验证了回弹分析的精度。针对纵向回弹,上、下模型面一致性差以及回弹补偿迭代效率低的问题,提出了弦截法回弹补偿迭代优化流程。将该流程应用于挤压铝合金防撞梁的压弯成形及回弹分析,并获得最终补偿量。最后对压弯模具上、下模型面进行独立补偿。结果表明,该流程能较快较准确地预估挤压铝合金防撞梁上、下模型面的回弹补偿量,指导生产获得合格零件。
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  某汽车前隔板拉延成形工艺参数多目标优化

  黄进, 古彬, 赵孝笑

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 23-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.004

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  为解决某汽车前隔板拉延成形中产生的起皱和破裂问题,提出了一种基于拉丁超立方抽样、Kriging模型及多目标遗传算法的优化方法。首先,将拉延成形的5个工艺参数作为设计变量,将定义的破裂程度、起皱程度及安全区域内单元面积占比作为评价成形质量的指标,并使用拉丁超立方抽样和数值仿真技术构建优化样本数据;其次,使用Kriging模型对样本数据进行非线性逼近,并用NSGA-II多目标遗传算法对逼近的Kriging响应模型进行优化,得到了最优解集,即4个拉延筋阻力系数分别为0.2952、0.3475、0.2303和0.2300,压边力为537.3425 kN;然后,使用数值仿真验证了优化策略的有效性;最后,应用该最优工艺参数进行生产试制,得到了表面质量良好、无破裂及起皱缺陷的汽车前隔板零件;应用基于试验设计和Kriging模型的多目标优化方法能够控制成形质量、减少试模次数、降低生产成本。
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  AZ31B镁合金板热拉深成形工艺参数优化及微观组织演变

  任怡, 薛松, 彭奕, 高洪晨, 胡威, 何其其, 贺红梅

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 32-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.005

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  为了探索合适的工艺参数和微观组织演变,得到镁合金板热拉深成形质量最优的工艺参数组合及零件在热拉深成形时的微观组织演变规律,以厚度为1.6 mm的AZ31B镁合金为研究对象,利用正交试验法进行筒形件的热拉深成形试验。以成形温度、凸模运动速度和润滑剂种类这3个工艺参数作为影响因素,最大拉深高度和最大拉深力作为试验评价指标,建立3因素3水平的正交试验。对试验结果进行极差和方差分析,得到工艺参数对试验指标的影响主次关系与显著性影响,并对优选试验方案成形的筒形件进行了壁厚测试,综合最大拉深高度和成形质量分析得到最优工艺参数组合。最后,对零件微观组织演变规律进行了探究。结果表明,成形温度为240℃,凸模运动速度为30 mm·min^-1,润滑剂采用二硫化钼锂基脂时,筒形件拉深高度达到最大值,壁厚均匀,成形质量良好。
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  过渡段对管材三维自由弯曲成形轴线形状的影响

  李光俊, 贺子芮, 郭训忠, 段晓艳, 邓炀炀, 程诚

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 41-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.006

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  基于ABAQUS/Explicit有限元仿真平台,对5052铝合金空心管件自由弯曲成形过程进行了数值模拟,研究了过渡段对管材轴线形状的影响规律。通过几何曲率分析,提出了修正后的自由弯曲模具偏心距U与弯曲圆弧半径R的关系,并由此计算出修正后的弯曲成形工艺参数。最终,通过数值模拟和自由弯曲成形实验验证了U-R理论模型。结果表明,过渡段连续变曲率的形状特征影响了弯曲圆弧段的整体弯曲半径,使得管材轴线形状出现了偏差。通过合理调整弯曲模偏心距U,可以减小过渡段所带来的轴线形状误差,实现管材自由弯曲轴线精确控制。
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  钛合金表面难熔陶瓷激光熔覆层的制备及性能

  付宇明, 张涵, 田宁, 郑立娟

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 48-54. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.007

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  基于难熔合金的设计理论,利用激光熔覆技术,以Ti-6Al-4V为基粉,HfC、ZrC、TaC和NbC这4种粉末为增强相,使用优化后的激光加工工艺参数,在钛合金板上制备了钛基金属-难熔陶瓷复合熔覆层,并通过实验对激光熔覆层的组织和显微硬度进行了分析。结果表明,熔覆层截面组织以不同形态的TiC晶体为主,存在等轴α-Ti和β-Ti组织;加入的陶瓷相颗粒弥散分布在熔覆层中,组织晶粒得到了细化,其细化程度随着过渡金属元素加入比例的增大而增大;添加陶瓷粉末熔覆层的硬度明显高于未加陶瓷粉末的熔覆层显微硬度;随着陶瓷粉末加入比例的增大,硬度逐渐增大,当陶瓷相含量为10%时,熔覆层的硬度最高为675 HV,比基材硬度提高了1.7～2.0倍。
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  一种盘式铝合金汽车轮毂锻造工艺设计及锻件组织力学性能分析

  王晓伟, 李洪光, 孙谱, 赵国群

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 55-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.008

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  设计并优化了一种盘式铝合金汽车轮毂的锻造工艺及模具,结合数值模拟明确了锻造过程中金属的流动规律。针对此类盘式铝合金汽车轮毂的结构特点,提出了一种预锻件-终锻模具内嵌式相切的设计方法。基于此设计方法,通过数值模拟得出了合理的预锻上模压下量为50～70 mm。优化的锻造工艺和模具解决了轮毂初始坯料和预锻件与模具间定位难的问题,并消除了终锻件的折叠缺陷。利用优化后的锻造模具和工艺进行了锻造生产试验,对轮毂终锻件不同部位进行了组织表征和力学性能测试。结果表明,采用提出的预锻模具设计方法及推荐的预锻上模压下量,轮毂锻件成形质量良好,飞边分布均匀且无折叠缺陷,不同部位的组织和力学性能均满足要求。
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  基于有限元分析的汽车十二角半轴螺母冷镦工艺开发与应用

  王晓伟

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 62-70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.009

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  针对汽车十二角半轴螺母热镦成形工艺中存在的工序繁杂、生产效率低、产品性能差、材料利用率低和成本高等问题,设计了一种6工位自动化冷镦成形工艺对其进行替换。通过室温压缩试验建立了40Cr合金钢的Johson-Cook本构模型,同时,利用Deform-3D数值模拟软件完成了各工位的连续成形模拟,并根据螺母各阶段的金属流动规律、填充完整度、截面网格变形情况和断裂趋势等信息分析了冷镦成形工艺的可行性,基于载荷分析预测了成形力大小;然后根据分析结果和成形工艺完成了各工位模具的制作,并通过冷镦机进行了试模制件。结果表明,获得的十二角半轴螺母表面光洁,填充完整,无折叠和裂纹等缺陷,与模拟结果完全吻合,经测量检验,螺母各处尺寸均在公差范围内,符合使用要求,证实了冷镦工艺的可靠性,此冷镦工艺能够取代热镦工艺。
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  凹坑形貌对喷丸应力场的影响

  肖旭东, 乔丹, 张博伦, 陈师凡, 李言

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 71-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.010

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  为消除残余应力及材料硬化等因素对弹丸撞击响应的影响,结合有限元模拟与试验分析,以2024-T351航空铝合金为研究对象,采用铣削制造了初始凹坑,又利用压头冲击进行了喷丸加工,研究了初始凹坑形貌对后续喷丸加工效果的影响规律。结果表明,凹坑原位单弹丸撞击后,凹坑变深,其深度变化随初始凹坑尺寸的增加而逐渐变小,凹坑中心位置残余应力随初始凹坑尺寸的增大而逐渐变大,并趋于稳定值。单个凹坑(凹坑投影半径r₀)相邻位置单弹丸撞击时,撞击表面位移及残余应力与偏移量s(撞击位置到凹坑中心的距离)密切相关,当s=r₀时,表面位移较大,但残余应力较小;当s<r₀时,随着偏移距离减小,表面位移减小,残余应力增大;当s>r₀时,随着偏移距离增大,距离较小时,表面位移小幅度减小,残余应力小幅度增大,距离较大时,变化都很小,基本可以认为保持不变;当撞击位置远离初始凹坑时,凹坑对弹丸撞击响应的影响逐渐减弱。两个凹坑相邻位置单弹丸撞击后,弹丸撞击响应主要受到近处(s≤r₀)凹坑的影响,较远距离(s>r₀)的凹坑则对弹丸撞击响应影响较小。
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  喷丸强化顺序对TC4钛合金强化效果影响的仿真分析

  丁腾飞, 陈晟, 付婧颐, 高建永, 张朝阳, 鲁世红

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 78-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.011

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  利用有限元分析软件建立了随机多弹丸模型,基于随机多弹丸模型的残余应力分布并结合用户子程序,对工件待喷丸表面进行面强化顺序的改变,研究了不同喷丸面强化顺序对残余应力分布和工件模型变形量的影响。结果表明,不同的喷丸面强化顺序会影响各强化面的残余应力分布状态,通过欧几里得距离进行了残余应力分布曲线相似度的评判,全对称强化顺序下X0和X1面的残余应力分布曲线欧几里得相似度平均值为0.0055,是顺序强化下X0和X1面的残余应力分布曲线欧几里得相似度平均值的1.9倍,改善了残余应力分布状态;不同喷丸面强化顺序中,全对称强化顺序S4的最大变形量为0.052 mm,相比较顺序强化S3最大变形量0.061 mm减少了15%,提高了工件的尺寸精度。
材料性能与变形理论
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  AZ31镁合金热变形动态再结晶晶粒尺寸预测模型

  王忠堂, 梁海成, 李艳娟, 柳泉

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 85-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.012

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  采用热模拟实验方法获得了AZ31镁合金热变形真实应力-真实应变曲线,分析了变形工艺参数对AZ31镁合金热变形动态再结晶晶粒尺寸的影响规律。随着塑性变形应变速率的增大,动态再结晶晶粒尺寸减小。随着塑性变形温度的升高,晶粒尺寸增大。基于Yada模型,建立了AZ31镁合金热变形动态再结晶晶粒尺寸与变形工艺参数关系模型,以及动态再结晶临界应变与变形温度关系模型。晶粒尺寸预测模型计算值与实验值相吻合,最大相对误差为8.5%。临界应变模型计算值与实验值相吻合,最大相对误差为8.1%。建立的动态再结晶晶粒尺寸预测模型和临界应变预测模型的适用条件为变形温度250～ 400℃,应变速率0.01～1.0 s^-1。
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  COST FB2钢热变形行为及热加工图

  柯雨蛟, 陈国文, 沈国劬, 李其, 段先琴, 谷大鹏, 刘鑫刚

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 92-101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.013

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  利用Thermecmastor-Z热模拟试验机对COST FB2钢进行了等温压缩试验,研究了其在不同热变形工艺参数下的热变形行为、显微组织演变规律以及最优的热加工工艺窗口。结果表明,热变形过程中,流变应力随着变形温度的升高及应变速率的降低而降低,在不同的应变速率与变形温度下,流变应力曲线呈现出动态再结晶、动态回复与加工硬化特征。基于Arrhenius方程和Zener-Hollomon函数,求得COST FB2钢的热变形激活能Q为449.56 kJ·mol^-1。建立了本构模型,该模型预测值与试验值吻合度较高。基于Prasad失稳判据建立了COST FB2钢热加工图,结合热变形后的显微组织特征,发现失稳区主要集中分布于变形温度900～950℃、应变速率0.04～0.5 s^-1范围内,其显微组织为沿变形方向拉长的带状组织,并存在局部流动性,对应的功率耗散值η较低;安全区显微组织主要特征是部分动态再结晶组织,功率耗散值η较高。确定了其0.8应变量下合理的热加工工艺窗口为:变形温度975～1050℃、应变速率0.01～0.14 s^-1以及变形温度1050～1175℃、应变速率0.01～0.5 s^-1。
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  TA1/6061铝合金双金属热变形行为及热加工图

  郝建军, 成子兴, 朱晓宇

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 102-109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.014

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  以TA1/6061铝合金双金属为研究对象,采用Gleebe-3800热模拟试验机,在变形温度为350 ～500℃、应变速率为0.01～1 s^-1、变形量为40%的条件下进行了单向热压缩复合试验,研究了TA1/6061铝合金双金属的热变形行为,建立了TA1/6061铝合金双金属本构方程及热加工图。结果表明,TA1/6061铝合金双金属热变形过程中的流变应力随着温度的上升和应变速率的降低而减小;基于试验数据建立的Arrhenius本构方程可以有效预测特定真应变下的真应力,其相关性系数为0.99642,热变形激活能为231434 J·mol^-1;基于热加工图、SEM图像和EDS线扫描图像,确定最优热加工工艺窗口为:变形温度为482～500℃,应变速率为0.011～0.192 s^-1。
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  GH3536镍基变形高温合金的应力松弛行为与蠕变本构方程

  刘厚吉, 谢健, 李祎曼, 隋艺, 英焕岩, 韩先洪

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 110-117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.015

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  对GH3536高温合金在变形温度为650、750和850℃和初应力为150、200和250 MPa条件下进行了多组应力松弛试验,研究了温度和初应力对GH3536高温合金应力松弛行为和松弛极限的影响,分析了应力松弛行为的特点。采用三次延迟函数对试验获得的松弛曲线进行了拟合,推导出蠕变应变速率与应力的关系,并基于分段蠕变本构方程对蠕变应变速率-应力曲线进行了拟合,并确定了方程中的材料常数。将蠕变本构方程代入ABAQUS有限元软件中对GH3536高温合金的应力松弛过程进行了模拟。结果表明,模拟数据与试验数据吻合较好,表明建立的蠕变本构方程可很好地描述GH3536高温合金在相应条件下的应力松弛行为。
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  1300 MPa级热成形钢高应变速率本构模型分析

  武欣, 方正, 李国

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 118-126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.016

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  对CR950/1300HS的静态和高应变速率下的力学性能进行测试,采用5种不同的硬化模型对静态力学性能曲线进行拟合;选取误差较小的Swift和Hockett-Sherby模型,通过引入加权系数组成混合硬化模型;选取半径为5 mm的缺口拉伸试件进行混合硬化模型验证。在混合硬化模型中引入应变速率强化项,构建应变速率相关的混合本构模型。基于车身B柱侧面碰撞工况,对比应变速率相关的混合本构模型和其他本构模型仿真分析结果与实测结果的差异,以验证模型的可靠性。结果表明,混合硬化模型的仿真分析结果与试验测试的最大力误差为2.15%,可决系数达到0.976,优于其他硬化模型;CR950/1300HS的塑性、屈服强度和抗拉强度随着应变速率的增加得到一定的提升。应变速率相关的混合本构模型所得关键点应力与实测结果误差小于5%;B柱侧面碰撞仿真时,采用混合本构模型得到的最大侵入量和侵入速度的误差分别在4.5%和3.68%以内,优于采用其他模型的结果;因此,可选用该模型作为材料输入应用于碰撞仿真分析。
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  5A06铝合金高精度唯象本构模型的快速构建

  李彦斌, 何珞玉, 李国钧, 徐琅, 徐戊矫

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 127-137. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.017

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  以5A06铝合金为例,探索高精度唯象本构模型的快速建立方法。针对唯象本构模型中的数学本构模型,开发了可对热压缩实验数据进行自动拟合,并包含摩擦补偿、温度补偿和应变补偿的Arrhenius本构模型程序,其可在20 min内实现包含1600次补偿计算在内的Arrhenius修正本构模型建立与反向求解对比;而手动进行10次这样的补偿计算需耗时5 h。对唯象本构模型中的统计本构模型开发了嵌有随机搜索、交叉验证、余弦退火调整学习率和附加动量法的神经网络模型,可对学习率、隐藏层神经元个数以及批大小等超参数进行寻优,寻优迭代至1000次时结果收敛,总寻优时长为3 h。综合考虑相关性参数r、均方根误差e_RMSE、平均绝对误差e_AARE、相对误差和计算时间t,可知,手动计算耗时最长、精度最低,修正Arrhenius本构模型程序耗时最短、精度合理,神经网络模型耗时合理、精度最高。
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  基于应力的断裂准则对AA7075-T6韧性断裂行为的预测研究

  杨刚, 张震, 王松臣, 娄燕山

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 138-144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.018

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  通过试验研究了AA7075-T6在剪切、单轴拉伸和平面应变拉伸应力状态下的塑性变形和韧性断裂行为。然后采用Swift-Voce硬化定律和pDrucker屈服函数表征了板材在不同加载状态下的塑性变形特性。最后,采用基于应力的pDrucker韧性断裂准则表征了不同应力状态下塑性变形过程中的韧性断裂行为。为了提高数值模拟预测精度,塑性本构模型和pDrucker韧性断裂准则参数均采用试验-模拟相结合的逆向工程方法进行优化标定。将有限元预测的韧性断裂位移与不同试件载荷-行程曲线进行了比较。结果表明,通过逆向工程优化的pDrucker韧性断裂准则能够准确描述AA7075-T6不同应力状态下的韧性断裂行为。
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  不同强度级别低合金高强钢疲劳断裂行为分析

  翟雁, 郭晓波, 丁再超, 李志强

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 145-150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.019

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  选取5种不同强度级别的低合金高强钢材料开展疲劳特性研究,对材料的微观组织和力学性能进行了对比分析。在此基础上,通过施加应力控制的拉-压疲劳载荷,获取了应力比为0.1时,5种材料的疲劳特性应力幅-疲劳寿命(S-N)曲线;并基于试验和经验公式,获取了应力比为-1时的S-N曲线,开展了不同强度材料疲劳特性对比了分析;对5种低合金高强钢的疲劳失效进行了分析,选取不同载荷下具有代表性的疲劳断口形貌进行对比分析。结果表明,随着抗拉强度的提升,所研究的低合金高强钢的疲劳极限不断提高;当应力比为-1时,疲劳极限与抗拉强度的比值约为0.5;上述材料的疲劳极限与抗拉强度近似成线性关系;施加循环载荷后,样品表面发生侵入或挤出,进而形成初始的微裂纹,并最终产生宏观裂纹导致开裂。
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  冷轧双相钢疲劳断裂行为及组织分析

  李贺军, 田晓光, 任小中

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 151-158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.020

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  针对不同强度的双相钢开展了疲劳特性分析,选取5种强度的双相钢开展了力学性能和微观组织对比分析;采用MTS 810液压多功能试验机进行了拉-压疲劳测试,获得了应力幅-疲劳寿命(S-N)曲线;对疲劳断口形貌和表面形貌进行了观察;分析了马氏体含量对双相钢疲劳断裂行为的影响;对不同碳含量的双相钢疲劳裂纹扩展速率进行了对比分析,并对裂纹形貌进行了观察,获取影响疲劳寿命的主要因素。结果表明,铁素体先于马氏体发生微观塑性变形而形成可能的裂纹源;随着双相钢强度级别的提高,马氏体含量不断提高,材料的疲劳极限也逐步提高,疲劳极限与马氏体含量之间呈现线性的变化关系;马氏体含量由4%提高到40%左右时,双相钢的疲劳极限提高了约57%;与高碳HC420/780DP相比,低碳HC420/780DP的裂纹扩展速率明显降低,主要由于马氏体岛分布更加弥散细小;低碳HC420/780DP的疲劳裂纹扩展速率比高碳HC420/780DP低。
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  汽车铝合金前防撞横梁服役性能仿真及优化设计

  肖罡, 郭鹏程, 项忠珂, 王文韫, 许征兵, 杨钦文

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 159-166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.021

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  以壁厚为设计变量,以碰撞安全性能优于原钢制横梁为设计约束,采用遗传算法开展了铝合金前防撞横梁设计及多目标优化。结果表明,在100%和40%重叠刚性墙低速碰撞工况下,原钢制前防撞横梁的碰撞支反力峰值、最大碰撞侵入位移和最大有效塑性应变分别为29.25和24.29 kN、36.84和39.80 mm以及0.30和0.21,存在开裂风险。总质量、最大碰撞侵入位移和碰撞支反力峰值响应对铝合金前防撞横梁后端面和前端面的壁厚变化较为敏感,而最大有效塑性应变响应则对垂向加强筋和横向加强筋的壁厚变化较为敏感。在100%和40%重叠刚性墙低速碰撞工况下,Pareto最优解的各项性能较原钢制前防撞横梁均有不同程度提升,最大碰撞侵入量分别降低了26.9%和40.7%,最大有效塑性应变分别降低了75.7%和52.4%,碰撞支反力峰值分别提升了43.6%和22.6%,实现了铝合金前防撞横梁总质量减重4.73 kg,减重54.8%。
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  酸性腐蚀环境下钢铝压印接头性能

  雷志文, 邢保英, 何晓聪, 曾凯, 赵腾飞

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 167-171. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.022

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  为探究酸性腐蚀工况下异质压印接头的力学性能,将通过圆形模具压印连接的铝AA5052与钢DP590试件置于0.02 mol·L^-1NaHSO₃溶液中进行周浸腐蚀试验,在腐蚀不同周期后取出称重,并进行静力学拉伸-剪切试验。腐蚀试验结果表明,腐蚀周期越长,腐蚀产物越多,试件的失重量越大,腐蚀速率则越低。静力学试验结果表明,接头的失效形式发生改变,经腐蚀后的试件皆为颈部完全断裂且铆扣部分被拉出失效,且拉伸失效形式的改变与腐蚀周期的长短无关;接头静强度呈先增大后减小的变化趋势,且增大速率明显大于减小速率;能量吸收值呈先上升后下降的趋势。
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  国产Q420D低合金高强度钢的高温拉伸性能

  朱军, 盛冬发, 幸美秀, 宋浩然, 毛星波

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 172-179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.023

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  通过对国产Q420D低合金高强度钢进行高温(200～800℃)拉伸试验,得到在不同试验温度下的弹性模量、屈服强度、抗拉强度、断后伸长率以及应力-应变关系,建立了多项式模型、NIST模型和Ramberg-Osgood (R-O)模型,并与国内外的钢结构抗火设计规范进行对比。利用多项式模型和NIST模型对力学参数的折减系数进行拟合;根据不同温度下的应力-应变曲线,基于R-O模型拟合得到Q420D钢的应力-应变本构模型。结果表明,在200～400℃,Q420D钢的强度、弹性模量和断后伸长率与室温相比下降幅度较小，温度超过400℃后,其强度和弹性模量下降速率明显加快,断后伸长率急剧增大。
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  TC4钛合金的力学性能及热处理模拟

  孙虹烨, 齐跃, 余传魁, 刘彤, 任诗章, 马轲, 马叙

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 180-185. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.024

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  采用分子动力学方法建立了TC4模型,基于混合嵌入式原子法势函数计算了Ti、Al和V不同原子之间的相互作用力,通过拉伸与剪切模拟计算得到了拉伸、剪切应力-应变曲线。通过温度的设置,完成了热处理工艺中加热、保温、冷却各个阶段的模拟。在单独退火的模拟基础上进行了同时固溶与时效的模拟,比较了不同固溶温度(800、954和1020℃)和时效温度(400、538和620℃)对TC4拉伸和剪切力学性能的影响。结果表明,退火和固溶时效处理提高了TC4模型的拉伸与剪切强度,最大拉伸强度一般随着固溶温度的升高而升高;在538℃时效时,剪切强度同样随固溶温度的升高而升高,但在954℃固溶温度时,剪切强度随时效温度的升高而下降。HCP模型沿[0001]晶向的拉伸强度大于[0110]与[2110]晶向,并且拉伸强度随着拉伸速率的升高而升高。
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  纳米多晶Cu-Ni合金三轴拉伸变形模拟

  冯铎, 陈晓通, 卢学峰

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 186-193. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.025

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  采用分子动力学对纳米多晶Cu-Ni合金三轴拉伸性能进行了模拟研究,从微观尺度探究了Ni含量及温度对合金拉伸性能的影响规律。结果表明,当Ni含量为10%时,最大拉应力达21.70 GPa,位错之间的相互作用是造成拉伸性能提升的重要原因。从能量、位错和堆垛层错方面对Ni含量为10%合金的性能进行了验证,表明Cu-Ni合金符合固溶弱化规律。当温度为100 K时,存在最大拉应力为22.21 GPa;当温度为900 K时,最大拉应变为0.1045。晶界原子百分比随加载温度的升高而增加,晶内原子百分比随加载温度的升高而减少;温度升高导致晶界熔化,原子无序度增加,对位错的阻碍作用下降。拉伸过程中位错密度不断降低,由位错缠结而引起的强化作用不断减少,导致高温时合金的拉伸性能下降。
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  新型层级梯度六边形管的耐撞性多目标优化

  覃善甘, 邓小林, 刘鑫炎, 刘夫云

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 194-204. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.026

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  将层级和梯度相结合,通过六边形管的层级梯度演化,设计出了一种新型的层级梯度六边形管。采用验证的有限元模型开展了0阶、1阶和2阶管的轴向冲击耐撞性分析。结果表明,结构的阶数越高,吸能效果越好,2阶层级梯度六边形管的能量吸收明显高于0阶和1阶管,相比0阶六边形管,2阶管的比能量吸收提高了38.86%,冲击力效率提高了42.66%。不同壁厚配置的2阶层级梯度六边形管的力-位移曲线明显不同,不同组成部分的壁厚对结构耐撞性具有较大的影响。3种不同配置的初始峰值力相差不大,但1.0-1.0-1.0配置的冲击力效率最高,达到65.05%。最后,构建并验证了代理模型,开展了结构参数对耐撞性影响的参数化分析,采用第二代非支配排序遗传算法开展了多目标优化,获得了Pareto前沿和最优设计解,并对优化结果的准确性进行了验证。
成形装备与智能制造
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  热连轧机组宽展量预报模型及其影响因素

  张金飞, 李子正, 尹宝良, 邝霜, 陈彤, 白振华

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 205-211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.027

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  针对现场对于热连轧宽展模型依赖人工经验、无法实现定量调整,造成宽度控制精度差的问题,充分考虑热连轧机组的设备和工艺特点,在研究带钢压下量、后张力、宽度和轧制温度等工艺参数对宽展量模型影响的基础上,建立了一套适合于热连轧机组宽展量预报的模型,给出了相应的模型特征参数计算方法。定量分析了压下规程、张力制度以及轧制温度可优化参数对带钢宽展量的影响,结果表明,压下规程对带钢宽展量的影响较为显著,张力制度和轧制温度对带钢宽展量影响较弱,因此可对压下规程进行主要控制,对张力制度和轧制温度作精细调整。将此研究应用于某2050热连轧机组的生产实践,取得了良好的使用效果。
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  非对称条件下定宽机板坯镰刀弯生成规律

  宗纯根, 包家汉, 周伟文

  塑性工程学报. 2023, 30(7): 212-219. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.07.028

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  针对某1580热轧定宽过程中产生的板坯镰刀弯现象,在考虑多辊弯曲和弹性压扁变形情况下,建立了启停式定宽压力机多柔体有限元模型。系统研究了板坯两侧温度分布不均、来料倾斜、板坯中心线不对中、锤头中心线不对中、锤头水平倾斜、绕导向辊轴线竖直倾斜以及绕轧制中心线竖直倾斜这7种情况下板坯镰刀弯的生成规律。结果表明,锤头水平倾斜会加剧出口镰刀弯,对镰刀弯的影响最大;在相同偏移量下,板坯偏移比锤头偏移对镰刀弯的影响大;锤头绕导向辊轴线竖直倾斜以及来料倾斜量在30 mm以内变化时,对镰刀弯影响小;而锤头绕轧制中心线竖直倾斜时,对板坯镰刀弯的影响较小,板坯两侧温度分布不均时,对板坯镰刀弯的影响最小。进一步通过建立镰刀弯量化计算公式,对比了有限元模拟结果和现场实测镰刀弯数值,得知其误差率保持在5%以内,验证了模型的准确性及合理性。