镁/铝合金超声振动辅助塑性成形中的材料变形行为与超声作用机制研究
发布时间：2021-04-28 23:02
超声振动辅助塑性成形技术是指在传统的塑性成形工艺过程中,对模具或被加工材料施以横向或纵向的超声振动,从而借助超声能量来辅助完成各种塑性成形的一种先进成形技术。与常规塑性成形技术相比,施加超声振动可大幅降低材料成形力并促进材料的流动,减少模具与工件间的摩擦,从而在一定程度上提升材料性能和成形工件的质量。国内外学者对超声振动塑性成形技术在工业生产中的应用及其作用机理进行了大量的研究,但迄今为止针对超声振动辅助铝合金和镁合金成形的研究仅限于简单的实验研究,缺乏对超声振动作用物理机制的深入研究,以及基于精确实验的定量描述模型。因此,研究超声振动对铝合金和镁合金塑性成形过程中材料变形行为的影响和其作用机制,以及构建超声振动作用下材料的本构关系,对于超声振动辅助塑性成形理论的发展,以及促进该技术的工程应用,均具有重要意义。本文采用实验、理论建模和数值模拟相结合的方法,系统研究了超声振动辅助镁/铝合金成形的内在机理,研究了振动条件对软化作用、硬化作用、材料变形性能、摩擦条件、表面质量、失效形式以及材料微观组织等的影响。在实验和数值模拟结果的基础上,分别利用唯象力学模型和晶体塑性理论构建了超声振动作用...
【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】：228 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 超声振动及其应用
1.2.1 超声波的基本原理
1.2.2 超声振动装置
1.2.3 超声波在金属材料中的传播
1.2.4 超声在工业中的应用
1.3 超声振动辅助塑性成形技术研究现状
1.3.1 超声振动辅助塑性成形技术应用的研究
1.3.2 超声振动辅助塑性成形技术机理的研究
1.3.3 超声振动辅助成形工艺研究
1.3.4 目前研究中存在的问题
1.4 本文的选题意义与主要研究内容
1.4.1 选题意义
1.4.2 主要研究内容
第2章 超声振动辅助镁/铝合金拉伸变形的实验研究
2.1 引言
2.2 超声振动辅助镁/铝合金拉伸实验
2.2.1 超声振动辅助拉伸实验系统的构建
2.2.2 拉伸试样及处理
2.2.3 拉伸实验方案
2.3 超声振动辅助镁/铝合金拉伸变形中的体积效应研究
2.3.1 超声振动对材料拉伸性能的影响
2.3.2 超声振动对材料断面收缩率和断后伸长率的影响
2.3.3 超声振动对拉伸试样断口的影响
2.3.4 超声振动对颈缩区显微硬度的影响
2.3.5 超声振动对微观组织变化的影响
2.4 本章小结
第3章 超声振动辅助镁/铝合金镦粗实验研究
3.1 引言
3.2 超声振动辅助镁/铝合金镦粗实验
3.2.1 镦粗试样及处理
3.2.2 镦粗实验方案
3.3 超声振动辅助镁/铝合金镦粗变形中体积效应的研究
3.4 超声振动辅助镁/铝合金镦粗变形中表面效应的研究
3.4.1 摩擦系数的测定方法
3.4.2 超声振动对工具/工件间摩擦系数的影响
3.4.3 超声振动对表面硬度的影响
3.4.4 超声振动对表面粗糙度的影响
3.4.5 超声振动对表面形貌的影响
3.5 本章小结
第4章 基于唯象力学的超声振动辅助镁/铝合金本构关系研究
4.1 引言
4.2 唯象力学模型
4.2.1 Bonder-Partom模型
4.2.2 Khan-Huang模型
4.2.3 Perzyna经验模型
4.2.4 Johnson-Cook本构模型
4.3 基于JC模型的超声振动辅助6063铝合金本构关系构建
4.3.1 镦粗实验中JC模型相关参数的求解
4.3.2 超声振动镦粗条件下JC模型及其相关参数的求解
4.3.3 拟合本构方程的验证
4.4 基于Perzyna经验模型的超声振动辅助AZ31镁合金本构关系构建
4.4.1 镦粗实验中Perzyna经验模型相关参数的求解
4.4.2 超声振动镦粗条件下Perzyna模型及其相关参数的求解
4.4.3 拟合本构方程的验证
4.5 本章小结
第5章 超声振动辅助镁/铝合金变形的数值模拟研究
5.1 引言
5.2 有限元分析方案
5.2.1 拉伸分析方案
5.2.2 镦粗分析方案
5.3 超声振动辅助镁/铝合金拉伸过程的有限元分析
5.3.1 拉伸过程有限元分析模型的建立
5.3.2 超声振动对拉伸过程中应力-应变关系的影响
5.3.3 超声振动对拉伸变形过程中材料变形性能的影响
5.3.4 超声振动对拉伸变形过程中材料流动的影响
5.4 超声振动辅助镁/铝合金镦粗过程的有限元分析
5.4.1 镦粗过程有限元模型的建立
5.4.2 超声振动对镦粗过程中应力-应变关系的影响
5.4.3 超声振动对镦粗变形过程中材料变形性能的影响
5.4.4 超声振动对镦粗变形过程中材料流动的影响
5.5 本章小结
第6章 金属塑性成形中超声振动对材料作用机制的研究
6.1 引言
6.2 超声振动在金属塑性变形过程中声学软化理论模型
6.2.1 变形试样中的超声能
6.2.2 超声振动在金属塑性变形过程中的声学软化
6.2.3 声学软化理论模型的构建
6.3 超声振动在金属塑性变形过程中硬化理论模型的构建
6.3.1 金属材料在塑性变形中的加工硬化
6.3.2 超声振动在金属塑性变形过程中的声学硬化
6.3.3 声学硬化理论模型的构建
6.4 超声振动作用下材料本构模型的构建
6.5 本章小结
第7章 超声振动辅助铆接的实验研究与有限元分析
7.1 引言
7.2 超声振动辅助铆接实验的研究
7.2.1 实验方案
7.2.2 超声振动对铆接载荷的影响
7.2.3 超声振动对铆接质量的影响
7.2.4 超声振动对铆钉材料流动的影响
7.3 超声振动辅助铆接的有限元分析
7.3.1 铆接有限元分析模型的构建
7.3.2 超声振动对铆接过程中应力应变-关系的影响
7.3.3 超声振动对铆钉材料流动的影响
7.3.4 超声振动对应变的影响
7.4 本章小结
第8章 结论及展望
8.1 结论
8.2 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间的研究成果
攻读博士期间参与的科研项目
附件
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3166339
【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】：228 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 超声振动及其应用
1.2.1 超声波的基本原理
1.2.2 超声振动装置
1.2.3 超声波在金属材料中的传播
1.2.4 超声在工业中的应用
1.3 超声振动辅助塑性成形技术研究现状
1.3.1 超声振动辅助塑性成形技术应用的研究
1.3.2 超声振动辅助塑性成形技术机理的研究
1.3.3 超声振动辅助成形工艺研究
1.3.4 目前研究中存在的问题
1.4 本文的选题意义与主要研究内容
1.4.1 选题意义
1.4.2 主要研究内容
第2章 超声振动辅助镁/铝合金拉伸变形的实验研究
2.1 引言
2.2 超声振动辅助镁/铝合金拉伸实验
2.2.1 超声振动辅助拉伸实验系统的构建
2.2.2 拉伸试样及处理
2.2.3 拉伸实验方案
2.3 超声振动辅助镁/铝合金拉伸变形中的体积效应研究
2.3.1 超声振动对材料拉伸性能的影响
2.3.2 超声振动对材料断面收缩率和断后伸长率的影响
2.3.3 超声振动对拉伸试样断口的影响
2.3.4 超声振动对颈缩区显微硬度的影响
2.3.5 超声振动对微观组织变化的影响
2.4 本章小结
第3章 超声振动辅助镁/铝合金镦粗实验研究
3.1 引言
3.2 超声振动辅助镁/铝合金镦粗实验
3.2.1 镦粗试样及处理
3.2.2 镦粗实验方案
3.3 超声振动辅助镁/铝合金镦粗变形中体积效应的研究
3.4 超声振动辅助镁/铝合金镦粗变形中表面效应的研究
3.4.1 摩擦系数的测定方法
3.4.2 超声振动对工具/工件间摩擦系数的影响
3.4.3 超声振动对表面硬度的影响
3.4.4 超声振动对表面粗糙度的影响
3.4.5 超声振动对表面形貌的影响
3.5 本章小结
第4章 基于唯象力学的超声振动辅助镁/铝合金本构关系研究
4.1 引言
4.2 唯象力学模型
4.2.1 Bonder-Partom模型
4.2.2 Khan-Huang模型
4.2.3 Perzyna经验模型
4.2.4 Johnson-Cook本构模型
4.3 基于JC模型的超声振动辅助6063铝合金本构关系构建
4.3.1 镦粗实验中JC模型相关参数的求解
4.3.2 超声振动镦粗条件下JC模型及其相关参数的求解
4.3.3 拟合本构方程的验证
4.4 基于Perzyna经验模型的超声振动辅助AZ31镁合金本构关系构建
4.4.1 镦粗实验中Perzyna经验模型相关参数的求解
4.4.2 超声振动镦粗条件下Perzyna模型及其相关参数的求解
4.4.3 拟合本构方程的验证
4.5 本章小结
第5章 超声振动辅助镁/铝合金变形的数值模拟研究
5.1 引言
5.2 有限元分析方案
5.2.1 拉伸分析方案
5.2.2 镦粗分析方案
5.3 超声振动辅助镁/铝合金拉伸过程的有限元分析
5.3.1 拉伸过程有限元分析模型的建立
5.3.2 超声振动对拉伸过程中应力-应变关系的影响
5.3.3 超声振动对拉伸变形过程中材料变形性能的影响
5.3.4 超声振动对拉伸变形过程中材料流动的影响
5.4 超声振动辅助镁/铝合金镦粗过程的有限元分析
5.4.1 镦粗过程有限元模型的建立
5.4.2 超声振动对镦粗过程中应力-应变关系的影响
5.4.3 超声振动对镦粗变形过程中材料变形性能的影响
5.4.4 超声振动对镦粗变形过程中材料流动的影响
5.5 本章小结
第6章 金属塑性成形中超声振动对材料作用机制的研究
6.1 引言
6.2 超声振动在金属塑性变形过程中声学软化理论模型
6.2.1 变形试样中的超声能
6.2.2 超声振动在金属塑性变形过程中的声学软化
6.2.3 声学软化理论模型的构建
6.3 超声振动在金属塑性变形过程中硬化理论模型的构建
6.3.1 金属材料在塑性变形中的加工硬化
6.3.2 超声振动在金属塑性变形过程中的声学硬化
6.3.3 声学硬化理论模型的构建
6.4 超声振动作用下材料本构模型的构建
6.5 本章小结
第7章 超声振动辅助铆接的实验研究与有限元分析
7.1 引言
7.2 超声振动辅助铆接实验的研究
7.2.1 实验方案
7.2.2 超声振动对铆接载荷的影响
7.2.3 超声振动对铆接质量的影响
7.2.4 超声振动对铆钉材料流动的影响
7.3 超声振动辅助铆接的有限元分析
7.3.1 铆接有限元分析模型的构建
7.3.2 超声振动对铆接过程中应力应变-关系的影响
7.3.3 超声振动对铆钉材料流动的影响
7.3.4 超声振动对应变的影响
7.4 本章小结
第8章 结论及展望
8.1 结论
8.2 展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间的研究成果
攻读博士期间参与的科研项目
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学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3166339
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