超声振动辅助纯铜微镦粗实验与模拟研究
发布时间：2020-12-17 06:02
材料充填流动性能差、接触摩擦力大、成形精度差、变形不均匀性严重等难题严重制约着微塑性成形技术的发展。超声振动辅助微成形具有提高材料的成形性能、降低成形过程中的载荷以及改善模具与材料之间的摩擦等优点,成为近年来的研究热点,并为解决微体积成形中面临的问题提供了崭新的思路。因此,进行超声振动辅助纯铜微镦粗理论与实验研究,对于丰富和发展微塑性成形理论和工艺,促进超声振动辅助微塑性成形技术的应用和发展具有重要的理论意义与工程价值。本文以超声振动辅助纯铜微镦粗为研究对象,通过微镦粗实验、晶粒尺度数值模拟与分子动力学模拟等方法,系统地研究了超声振动对纯铜微镦粗变形的成形载荷、流动应力、微观组织、界面摩擦和位错演变等的影响规律,揭示了超声振动在材料变形中的作用机理。论文的主要研究内容如下:进行了纯铜超声振动辅助微镦粗试验,将频率为28 kHz,不同振幅的超声振动施加到纯铜的室温镦粗过程中,研究了超声振动对纯铜微镦粗过程中的流动应力、变形质量和显微组织的影响规律。研究了不同试样尺寸、晶粒尺寸下超声振动辅助微镦粗过程中流动应力的变化,分析了超声振动辅助微体积成形过程中的尺寸效应。在对现有的材料本构模型与尺...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２材料的表面层模型ＭＩ??
同晶粒尺寸的纯铜板研究了超声振动对微压印成形的影响。他们使用经过不同退??火处理的０．３?ｍｍ的纯铜板进行试验，研究发现，超声振动辅助微压印对于大晶??粒材料作用效果更加明显，如图１－３所示，晶粒较大时，材料的流动性能高，成??形同样高度时所需载荷较小。研宄同时发现，不同晶粒大小的材料，经过超声辅??助微压印成形后可以获得相近的表面粗糙度。??—??２０??３５?；?Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ?ｒａｔｉｏ?ｏｆ?３２?１Ｈ?Ｐ］??ｔｒａｎｓｆｅｒ?ｈｅｉｇｈｔ?Ｈｔｒ?［％］＼?一￡??￡?３０＇?２６?１６』??１?２５?：?Ｚ，?１５?＾?１４?Ｉ??１?２０，’?，’?：?１２?ｉ??Ｃ?２０??－〇?：?？￡??Ｅ?ｙ?■．?１０?？〇??：?，??＊■?〇??°?１５?■?，?９?：?８?ｏ??〇?＊??？：?人?：?ｓ??２?ｉｎ?：?＼＼?；?６?２??〇）?１Ｕ?：?ｙ?＇?Ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ?ｒａｔｅ?ｏｆ?〇＞??Ｉ?－?＾?ｃｏｉｎｉｎｇ?ｆｏｒｃｅ?Ｆｃｏｉｎ?［％］?：?４?｜??＜〇?ｃ?／?＾?ｒａ??§?ｉ?２?§??—?〇?Ｍａｔｅｒｉａｌｓ：?Ｐｕｒｅ?Ｃｕ－ｐｌａｔｅ??〇?ｑ??０?１０?２０?３０?４０?５０??Ａｖｅｒａｇｅ?ｇｒａｉｎ?ｓｉｚｅ?［ｐｍ］??图１－３超声作用下微压印成形高度以及成形力与晶粒大小的关系【《】??在降低材料与模具间的摩擦力以及提高成形件表面质量方面，ＰｏｈｌｍａｎＰＩ研??宄了超声振动对摩擦系数的影响
变形不均匀性降低，变形抗力增加；通过离散Ｖｏｒｏｎｏｉ图得到模型的变形抗力大于光滑模型，粗糙模型精度较光滑模型要高。哈尔滨工业的伊兴华［５（）］在有限元与晶体塑性力学的基础上采用Ｖｏｒｏｎｏｉ图建模，模拟多晶体微观结构的影响因素，对晶粒尺寸、晶体的取向以及网格划分、网格等因素进行了讨论并建立了?ｆｅｅ多晶体塑性变形模型，研宄了纯铜的单向程。Ｆｕｎｇ－Ｈｕｅｉ?Ｙｅｈ等［５１］为了探讨尺寸效应对微成形的影响，采用ＡＮＳＹＳ－ＤＹＮＡ模拟研究了微杯形件深冲压成形过程。模拟结果表明，微杯形件变化和应力分布合理。Ｋｒｉｓｈｎａｎ等通过实验和有限元模拟，研宄了微挤中的尺寸效应，他们发现摩擦条件不均匀，取决于变形部分的尺寸。傅明旺］建立了微成形模拟的本构模型，对微镦粗与微挤压过程进行了模拟，验证了的合理性。此外，他还通过有限元模拟，提取了多晶体的晶粒分布，建立了体有限元模拟模型，模拟研宄了晶粒尺寸对变形行为和流动应力的影响ｍ，１－４所示。??（Ａ叫?７５％）?＿
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁单晶沿不同取向压缩的变形机制分子动力学研究[J]. 刘钊,李亨,周恒,徐圆义,石文超. 塑性工程学报. 2018(06)
[2]拉伸载荷作用下单晶铝柱动态断裂过程的分子动力学模拟研究（英文）[J]. 王路生,丁军,陈松,黄霞,宋鹍. 机床与液压. 2017(24)
[3]微尺度下晶粒尺寸效应对轧制变形行为的影响[J]. 李连杰,张红梅,姜正义,赵大东,廖桂兵. 兵器材料科学与工程. 2016(06)
[4]塑性微成形技术研究进展[J]. 单德彬,徐杰,王春举,郭斌. 中国材料进展. 2016(04)
[5]基于ANSYS Workbench的超声振动系统设计与优化[J]. 解振东,管延锦,朱立华,姜良斌,仲崇凯. 锻压技术. 2015(11)
[6]分子模拟中常用的结构分析与表征方法综述[J]. 张世良,戚力,高伟,冯士东,刘日平. 燕山大学学报. 2015(03)
[7]高频/超声振动辅助微成形技术研究进展与展望[J]. 王春举,郭斌,单德彬,张曼曼. 精密成形工程. 2015(03)
[8]金相试样制备技术与技巧[J]. 燕样样,李红莉. 理化检验(物理分册). 2013(03)
[9]微成形中尺寸效应研究的进展[J]. 董湘怀,王倩,章海明,彭芳,郭斌,单德彬. 中国科学:技术科学. 2013(02)
[10]超声振动对轻合金塑性压缩变形过程的影响[J]. 温彤,陈霞. 机械科学与技术. 2013(02)
博士论文
[1]微厚度板料成形数值模拟建模及弯曲回弹的尺寸效应研究[D]. 林晓娟.山东大学 2014
[2]金属纳米材料塑性变形机制及尺寸效应的分子动力学研究[D]. 徐爽.北京交通大学 2014
[3]微体积成形工艺的数值建模及尺寸效应研究[D]. 郑伟.山东大学 2012
硕士论文
[1]基于分子动力学的Al2Cu单轴拉伸模拟与力学性能分析[D]. 方洲.南昌航空大学 2017
[2]超声波辅助微挤压成形性能与微观组织演变规律[D]. 陈恒.深圳大学 2015
[3]常温下超声波微挤压成形对ZK60镁合金流变行为的影响[D]. 龙敏.深圳大学 2015
[4]超薄板材脉冲激光微冲击成形过程数值模拟[D]. 张明浩.山东大学 2008
[5]面心立方多晶体塑性变形有限元模拟[D]. 伊兴华.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：2921531
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：128 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２材料的表面层模型ＭＩ??
同晶粒尺寸的纯铜板研究了超声振动对微压印成形的影响。他们使用经过不同退??火处理的０．３?ｍｍ的纯铜板进行试验，研究发现，超声振动辅助微压印对于大晶??粒材料作用效果更加明显，如图１－３所示，晶粒较大时，材料的流动性能高，成??形同样高度时所需载荷较小。研宄同时发现，不同晶粒大小的材料，经过超声辅??助微压印成形后可以获得相近的表面粗糙度。??—??２０??３５?；?Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ?ｒａｔｉｏ?ｏｆ?３２?１Ｈ?Ｐ］??ｔｒａｎｓｆｅｒ?ｈｅｉｇｈｔ?Ｈｔｒ?［％］＼?一￡??￡?３０＇?２６?１６』??１?２５?：?Ｚ，?１５?＾?１４?Ｉ??１?２０，’?，’?：?１２?ｉ??Ｃ?２０??－〇?：?？￡??Ｅ?ｙ?■．?１０?？〇??：?，??＊■?〇??°?１５?■?，?９?：?８?ｏ??〇?＊??？：?人?：?ｓ??２?ｉｎ?：?＼＼?；?６?２??〇）?１Ｕ?：?ｙ?＇?Ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ?ｒａｔｅ?ｏｆ?〇＞??Ｉ?－?＾?ｃｏｉｎｉｎｇ?ｆｏｒｃｅ?Ｆｃｏｉｎ?［％］?：?４?｜??＜〇?ｃ?／?＾?ｒａ??§?ｉ?２?§??—?〇?Ｍａｔｅｒｉａｌｓ：?Ｐｕｒｅ?Ｃｕ－ｐｌａｔｅ??〇?ｑ??０?１０?２０?３０?４０?５０??Ａｖｅｒａｇｅ?ｇｒａｉｎ?ｓｉｚｅ?［ｐｍ］??图１－３超声作用下微压印成形高度以及成形力与晶粒大小的关系【《】??在降低材料与模具间的摩擦力以及提高成形件表面质量方面，ＰｏｈｌｍａｎＰＩ研??宄了超声振动对摩擦系数的影响
变形不均匀性降低，变形抗力增加；通过离散Ｖｏｒｏｎｏｉ图得到模型的变形抗力大于光滑模型，粗糙模型精度较光滑模型要高。哈尔滨工业的伊兴华［５（）］在有限元与晶体塑性力学的基础上采用Ｖｏｒｏｎｏｉ图建模，模拟多晶体微观结构的影响因素，对晶粒尺寸、晶体的取向以及网格划分、网格等因素进行了讨论并建立了?ｆｅｅ多晶体塑性变形模型，研宄了纯铜的单向程。Ｆｕｎｇ－Ｈｕｅｉ?Ｙｅｈ等［５１］为了探讨尺寸效应对微成形的影响，采用ＡＮＳＹＳ－ＤＹＮＡ模拟研究了微杯形件深冲压成形过程。模拟结果表明，微杯形件变化和应力分布合理。Ｋｒｉｓｈｎａｎ等通过实验和有限元模拟，研宄了微挤中的尺寸效应，他们发现摩擦条件不均匀，取决于变形部分的尺寸。傅明旺］建立了微成形模拟的本构模型，对微镦粗与微挤压过程进行了模拟，验证了的合理性。此外，他还通过有限元模拟，提取了多晶体的晶粒分布，建立了体有限元模拟模型，模拟研宄了晶粒尺寸对变形行为和流动应力的影响ｍ，１－４所示。??（Ａ叫?７５％）?＿
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁单晶沿不同取向压缩的变形机制分子动力学研究[J]. 刘钊,李亨,周恒,徐圆义,石文超. 塑性工程学报. 2018(06)
[2]拉伸载荷作用下单晶铝柱动态断裂过程的分子动力学模拟研究（英文）[J]. 王路生,丁军,陈松,黄霞,宋鹍. 机床与液压. 2017(24)
[3]微尺度下晶粒尺寸效应对轧制变形行为的影响[J]. 李连杰,张红梅,姜正义,赵大东,廖桂兵. 兵器材料科学与工程. 2016(06)
[4]塑性微成形技术研究进展[J]. 单德彬,徐杰,王春举,郭斌. 中国材料进展. 2016(04)
[5]基于ANSYS Workbench的超声振动系统设计与优化[J]. 解振东,管延锦,朱立华,姜良斌,仲崇凯. 锻压技术. 2015(11)
[6]分子模拟中常用的结构分析与表征方法综述[J]. 张世良,戚力,高伟,冯士东,刘日平. 燕山大学学报. 2015(03)
[7]高频/超声振动辅助微成形技术研究进展与展望[J]. 王春举,郭斌,单德彬,张曼曼. 精密成形工程. 2015(03)
[8]金相试样制备技术与技巧[J]. 燕样样,李红莉. 理化检验(物理分册). 2013(03)
[9]微成形中尺寸效应研究的进展[J]. 董湘怀,王倩,章海明,彭芳,郭斌,单德彬. 中国科学:技术科学. 2013(02)
[10]超声振动对轻合金塑性压缩变形过程的影响[J]. 温彤,陈霞. 机械科学与技术. 2013(02)
博士论文
[1]微厚度板料成形数值模拟建模及弯曲回弹的尺寸效应研究[D]. 林晓娟.山东大学 2014
[2]金属纳米材料塑性变形机制及尺寸效应的分子动力学研究[D]. 徐爽.北京交通大学 2014
[3]微体积成形工艺的数值建模及尺寸效应研究[D]. 郑伟.山东大学 2012
硕士论文
[1]基于分子动力学的Al2Cu单轴拉伸模拟与力学性能分析[D]. 方洲.南昌航空大学 2017
[2]超声波辅助微挤压成形性能与微观组织演变规律[D]. 陈恒.深圳大学 2015
[3]常温下超声波微挤压成形对ZK60镁合金流变行为的影响[D]. 龙敏.深圳大学 2015
[4]超薄板材脉冲激光微冲击成形过程数值模拟[D]. 张明浩.山东大学 2008
[5]面心立方多晶体塑性变形有限元模拟[D]. 伊兴华.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：2921531
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