铍材材料本构关系研究及切削加工有限元分析

发布时间：2020-06-25 23:12

【摘要】：随着有限元仿真技术的发展,该技术在各个领域,尤其是在切削仿真领域得到了广泛地应用,而模拟的精度取决于用来表征材料变形情况的本构模型,因此,材料本构关系的研究称为切削仿真领域的研究热点。铍材具有良好的机械综合性能,在航空航天等高精密制造领域广泛应用,尤其是应用在陀螺仪高精度仪器的制造上。通过相应的资料可以了解到铍材常温条件下的一些基本物理力学性能参数,但是关于该材料在高温和高应变率下的力学性能,以及本构关系的研究还\不完善。本文主要对铍材的力学性能以及本构关系进行了研究,论文的主要研究内容包括:首先,在常温条件下,运用万能材料机进行了铍材的准静态压缩试,得到了铍材在常温和低应变率条件下的应力应变关系,结合试验结果分析了铍材的应力应变随应变率的变化关系,结果表明:常温低应变率条件下,铍材的应力应变随应变率的变化不明显,可以认为铍材对应变率不敏感。其次,在高温和高应变率条件为变化条件,进行了铍材的霍普金森压杆试验,分别研究了温度和应变率对铍材应力应变变化的影响情况,通过建立函数拟合试验数据,绘制了该材料的应变应变曲线,并进行分析,结果表明:在高温高应变率条件下,铍材都经历了弹性阶段和塑性阶段,均没有明显的屈服阶段,但是都存在应变硬化现象。然后,根据材料的变形情况,选择了J-C本构模型,以准静态和霍普金森压杆试验结果为依据,建立了铍材的J-C本构模型关系,并将得到的本构关系来表征该材料的变形情况,运用ABAQUS软件进行了准静态和霍普金森压杆实验的有限元仿真,结果得到的应力应变关系与试验值误差小于20%,验证了本构模型的正确性。最后,基于ABAQUS软件,导入求得的铍材的本构模型,应用于正交切削试验,进行了切削的有限元仿真,可以指导生产实践,在一定程度上节约了时间和成本。
【学位授予单位】：北华航天工业学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG146.24;TG506
【图文】：

曲线,工件尺寸,实物,铍材

伸的试验方法，但是由于铍材材料毒性以及昂贵性，本文采用准静态压缩试验的方法主要对铍材在低应变率条件下的力学响应进行了研究。对于材料的力学研究，尤其是准静态条件下的研究，目前有很多的研究方法，然而 MTS 万能材料实验机因为操作十分简单，并且功能很全面，因此被广泛的应用于有关材料准静态力学的研究。本文采用的实验设备是MTS 万能实验机 3382，该实验机可以实现对金属及非金属材料进行拉伸、压缩、剪切、等试验，还有疲劳以及韧性断裂等实验项目，并且拥有检测设备。可以对实验数据进行存储、输出、并且能够对实验数据进行处理，得到各种曲线。2.1 实验材料与设备2.1.1 材料和试样在本实验中，采用的铍材材料的母料是棒状的，铍材的化学成分表如表 2.1，将棒状铍材母料通过线切割技术加工成直径和高度均为 5mm 的圆柱体，并且对试样的两端和外圆表面都进行磨光处理，避免在试验过程中的摩擦过大，如图 2.1 所示为铍材试样图和实物图。

万能材料

选用的实验仪器是万能材料机 3382 如图2.2 所示，图中的装置主要包括：上压头，下压头，传感器，测试装置，电脑控制系统。该装置广泛应用于金属、非金属材料的拉、压、弯剪等力学性能试验，符合本次试验所需要求。在试验压缩前，需要在试件端面和与试样接触的压头端面都涂上凡士林，这样做是为了减小试样和压头之间的摩擦。在实验之前，需要对铍材的实验试样进行多次尺寸的测量，以免实验误差较大，测量的目的主要是为了保证试样统一的原始尺寸。图 2.2 万能材料机 33822.2 实验原理准静态压缩的过程是变形体在平衡状态具有无限小的偏离，并且能够随时恢复这种偏离状态，并且在恢复的过程中均匀缓慢没有任何的突变发生[57]。研究材料的静态力学性能，准静态压缩试验是一种非常常见并广泛使用的实验方法，准静态压缩试验是指在特定的相同试验温度、湿度和速度条件下，将试样置于试验机的下压头上，并使得上压头靠近试样，并且沿试样的两个端面的主轴方向，通过控制万能材料的压头能够以一个恒定不变的速率施加给试样一个方向相反大小相等的力，这个作用力使得置于两压头之?

【参考文献】