超塑性拉伸试验与胀形应用有限元对比分析

发布时间：2017-05-02 08:14

  本文关键词：超塑性拉伸试验与胀形应用有限元对比分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：经过近百年的发展,超塑性成形已成为国际材料科学技术领域的一项重要研究内容,同时它也是现代生产制造领域的重要成形技术。材料在超塑性状态下具有很好的塑性,成形过程中变形抗力很小,易成形,并且零件的成形质量好,尺寸稳定,成形后不存在由应变硬化效应导致的回弹现象,因此超塑性成形技术在现代生产制造领域中的应用日益广泛。然而目前对超塑性变形理论的研究还不够完善,其理论还不能够完全揭示超塑性的变形规律并科学的指导实际生产,所以各国学者目前更加注重超塑性变形理论及其实际应用的研究。由于超塑性变形与应力状态、加载路径等密切相关,并且超塑性成形过程中材料所处应力状态复杂,特别是二维成形(胀形)和三维成形(挤压、扭转等),因此以前对超塑性现象及其理论的研究主要以一维拉伸试验为主,包括建立其变形的本构方程,并测量应变速率敏感性指数m和应变硬化指数n等重要材料参数。在涉及超塑性成形实际应用分析时,通常利用拉伸建立的经验本构方程,并将m和n视为常数,这与实际情况存在一定差异。由于超塑性材料具有很强的结构敏感性,在不同的应力状态、甚至不同的变形路径下所测得的本构方程均不同,且变形过程中,m和n也都是变量。因此,必须通过分析超塑性材料在不同应力状态、不同变形路径下的本构方程之间的联系,并结合超塑性拉伸试验建立精确力学模型和材料参数的精确测量,来指导并进行实际超塑性成形应用分析。本文以Zn-5%Al材料为研究对象,研究通过应用一维拉伸试验来分析超塑性胀形实际应用。主要内容和结论如下:1.在340℃条件下进行超塑性拉伸试验,在已有超塑性变形理论的基础上,利用数值模拟方法对材料参数m()???和n()???进行了精确测量,从微分状态方程出发,建立了恒应变速率和定载荷两种变形路径下的材料拉伸本构方程。拉伸试验测量结果表明拉伸试验所测得的m和n并非常数,而是变量。2.应用Marc有限元模拟软件二次开发功能,用拉伸试验所得的变参数本构方程对超塑性自由胀形过程进行有限元模拟分析,并与Marc软件自带的经验本构方程模拟结果进行对比分析。结果表明:采用试验所得本构方程模拟分析出的结果与软件自带本构方程模拟分析出的结果不同,针对某种超塑性材料,必须在一定变形路径下建立精确的本构方程用于指导其超塑性变形。3.通过超塑性拉伸试验所得数据建立一维拉伸与二维自由胀形之间的等效关系式,以更好的控制胀形件的质量。
【关键词】：超塑性 拉伸试验 力学解析 本构方程 自由胀形 二次开发 数值模拟
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG115.52
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-27
• 1.1 引言13-14
• 1.2 不同应力状态下的超塑性本构方程研究14-17
• 1.2.1 一维拉伸的本构方程研究14-16
• 1.2.2 二维胀形的本构方程研究16-17
• 1.3 超塑性材料参数测量研究17-24
• 1.3.1 一维拉伸实验的材料参数测量18-22
• 1.3.2 二维胀形实验的材料参数测量22-24
• 1.4 课题研究意义与主要研究内容24-27
• 1.4.1 研究意义24
• 1.4.2 主要研究内容24-27
• 第2章 不同应力状态下超塑性实验与理论基础27-45
• 2.1 超塑性拉伸材料参数测量方法27-33
• 2.1.1 超塑性拉伸试验概述27-28
• 2.1.2 超塑性拉伸试验各力学参数的测量方法28-29
• 2.1.3 材料参数m和n值的测量方法29-31
• 2.1.4 m和n值的精确测量方法31-33
• 2.2 超塑性自由胀形力学解析基本理论与材料参数测量方法33-43
• 2.2.1 球面假设下的基本理论33-35
• 2.2.2 非球面假设下的基本理论35-40
• 2.2.3 材料参数m和n值的测量方法40-43
• 2.3 本章小结43-45
• 第3章 超塑性拉伸试验的测量结果与本构方程的建立45-59
• 3.1 试验内容45-46
• 3.1.1 试验材料45
• 3.1.2 试验过程45-46
• 3.2 材料参数m和n值的测量结果46-52
• 3.2.1 恒应变速率变形路径下m和n值的测量结果46-50
• 3.2.2 定载荷变形路径下m和n值的测量结果50-52
• 3.3 超塑性拉伸本构方程的建立52-58
• 3.3.1 超塑性拉伸本构方程的理论推导52-55
• 3.3.2 恒应变速率变形路径下的超塑性拉伸本构方程55-56
• 3.3.3 定载荷变形路径下的超塑性拉伸本构方程56-58
• 3.4 本章小结58-59
• 第4章 超塑性自由胀形有限元模拟分析与对比59-91
• 4.1 Marc有限元模拟软件及其二次开发59-61
• 4.1.1 Marc软件简介59-60
• 4.1.2 Marc软件二次开发60-61
• 4.2 自由胀形有限元模型建立61-62
• 4.3 试验本构方程用户子程序开发与导入62-64
• 4.4 恒应变速率加载超塑性自由胀形有限元分析与对比64-77
• 4.4.1 有限元分析过程与结果输出64-68
• 4.4.2 胀形件的等效应力变化规律68-69
• 4.4.3 胀形件的等效应变变化规律69
• 4.4.4 胀形件的厚度变化规律69-71
• 4.4.5 与Marc自带本构方程模拟对比71-77
• 4.5 恒压加载超塑性自由胀形有限元分析与对比77-89
• 4.5.1 胀形压力的确定77-78
• 4.5.2 有限元分析过程与结果输出78-80
• 4.5.3 胀形件的等效应力变化规律80-81
• 4.5.4 胀形件的等效应变变化规律81-82
• 4.5.5 胀形件的厚度变化规律82-83
• 4.5.6 与Marc自带本构方程模拟对比83-89
• 4.6 本章小结89-91
• 第5章 超塑性二维自由胀形与一维拉伸等效分析91-99
• 5.1 等效关系的理论推导91-92
• 5.2 恒应变速率加载下等效关系的建立92-95
• 5.3 恒压加载下等效关系的建立95-97
• 5.4 本章小结97-99
• 第6章 结论与展望99-101
• 参考文献101-107
• 致谢107

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：340603