身管精锻跨尺度塑性有限元仿真及锻后各向异性研究

发布时间：2020-06-10 03:34

【摘要】：身管径向精锻是世界上广泛采用的一种先进的身管制造方法。加工过程中,锤头的锻打使金属材料发生剧烈的变形。变形引起晶粒发生择优取向而形成织构,织构对身管锻后性能的各项异性有很大的影响,是研究身管锻后性能的一个主要方向。本文以跨尺度有限元方法和多晶体塑性有限元方法为基础,建立了一种连接细观结构和宏观精锻工艺的有限元研究方法,并利用模拟所得织构来分析身管材料锻后弹性模量和屈服强度的各向异性。本文论述了有限元软件ABAQUS中跨尺度多晶体模型的建立方法。首先,以晶体本构关系和Peirce硬化模型为材料弹塑性理论基础,利用ABAQUS用户自定义子程序(UMAT)建立了材料模型。其次,利用多晶体塑性有限元方法模拟身管材料拉伸试验,并用模拟结果来拟合试验应力应变曲线,从而得到有限元材料模型所需材料参数。再次,结合线性插值理论和材料内部的位移连续理论,推导了宏观精锻模型至跨尺度细观模型边界条件的传递公式。最后,基于Vornoi图形理论,结合上述方法,利用INP文件和Python脚本软件建立了跨尺度多晶体塑性有限元模型。基于上述建模方法,建立了身管径向锻造宏观有限元模型和细观模型。提交分析后,提取了细观模型的晶粒取向信息,并使用Matlab绘制极图和取向分布函数图(ODF),再通过ODF图定性分析织构。并与前人的XRD实验所得极图和ODF图做对比,验证模拟结果的准确性。本文还利用分析所得织构,研究了锻后身管材料性能的各向异性；分析了织构对身管材料弹性模量和屈服强度各项异性的影响。并将预测结果与纵向和横向试验结果做对比,得到的结论是锻后身管材料30SiMn2MoVA的主要织构成分对弹性模量各向异性没有影响,而屈服强度出现了轧向至横向降低的各向异性现象。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ205

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本文编号：2705710