超声振动辅助成形本构模型理论及实验研究

发布时间：2017-10-10 04:23

  本文关键词：超声振动辅助成形本构模型理论及实验研究

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【摘要】：超声振动是一种有效的金属塑性成形辅助技术,在工业生产中具有很好的应用前景。研究表明,超声振动能显著降低成形力、减小摩擦、改善表面质量并提高尺寸精度。但是现有的研究成果大多限于实验现象的分析,未对前述现象的内在机理进行具体研究。并且由于振动在塑性变形体中的传播机制及其对被加工材料内部及表面的影响十分复杂,使得该项技术处于严重的应用超前、理论滞后的研究现状。针对上述问题,本文对超声振动辅助成形机理进行了相关研究,主要研究内容总结如下:基于成形过程中的应力叠加效应和软化效应,研究超声振动对材料性能的影响,建立一维状态下超声振动辅助成形材料的本构模型,求解材料在超声振动下的本构方程显式表达式,实现基于理论推导的超声振动辅助成形机理分析。采用6061铝合金进行超声振动条件下的单向拉伸力学性能研究,确定6061铝合金超声振动辅助成形本构模型的相关参数,并验证模型的可靠性。结果表明,本文建立的本构模型可以很好的描述超声振动辅助成形中应力-应变关系特点,并且能够更准确的揭示线性强化材料在超声振动下的本构关系。开展传统静态模式、不同振幅条件下全程振动和间歇振动模式下,6061铝合金的单向拉伸实验,并对其应力-应变曲线进行研究分析,来验证建立的超声振动辅助成形本构模型。实验发现,全程超声振动条件下与常规静态条件下,二者的弹性段几乎重合,即超声振动对材料的弹性段几乎没有影响;随着载荷的上升,全程振动拉伸下材料的屈服强度明显降低,材料提前发生屈服,进入塑性变形阶段;在施加超声振动后,材料的应力状态迅速下降,且随着振动振幅的增加下降量也会逐渐增大;施加振动后,6061铝合金塑性段线性强化系数会下降,且随着振幅的增加,下降程度越大。开展超声振动率相关实验,研究超声振动在不同的拉伸速度下对率相关材料的影响。结果表明,对于率相关材料6061铝合金,在振幅相同的情况下,随着应变率的增加,材料的应力状态也会上升。结合有限元数值模拟技术,采用ABAQUS有限元软件对6061铝合金的间歇振动拉伸实验、率相关拉伸实验和超声振动率相关拉伸实验进行模拟,分析施加振动后6061铝合金的应力和应变变化情况及其特点,并从有限元模型的角度分析应变率效应和超声振动对材料应力-应变曲线的影响。
【关键词】：超声振动 应力叠加效应 软化效应 率相关 数值模拟
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG663
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 引言13-14
• 1.2 国内外研究现状14-23
• 1.2.1 超声振动辅助成形在塑性成形中的应用14-18
• 1.2.2 超声振动辅助成形相关理论研究18-21
• 1.2.3 应变率效应研究21-23
• 1.3 课题的主要研究内容23-25
• 第二章 超声振动辅助成形本构模型建立25-35
• 2.1 引言25
• 2.2 超声振动辅助成形机理研究25-26
• 2.2.1 应力叠加效应25-26
• 2.2.2 软化效应26
• 2.3 常见粘弹塑性模型26-29
• 2.3.1 Maxwell模型26-27
• 2.3.2 Kelvin模型27
• 2.3.3 宾汉模型27-28
• 2.3.4 粘弹塑性模型28-29
• 2.4 超声振动辅助成形本构模型29-34
• 2.4.1 应力叠加效应影响下应力应变关系29-32
• 2.4.2 软化效应影响下应力应变关系32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 超声振动辅助成形本构模型实验研究35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 实验方案35-38
• 3.2.1 实验材料35-36
• 3.2.2 实验方案36-38
• 3.3 实验现象与分析38-41
• 3.3.1 静态与全程振动结果对比38
• 3.3.2 全程振动与间歇振动结果对比38-39
• 3.3.3 不同振幅软化效果对比39-40
• 3.3.4 不同振幅线性强化系数对比40-41
• 3.4 超声振动辅助成形本构模型验证41-43
• 3.5 本章小结43-45
• 第四章 率相关材料本构模型研究45-57
• 4.1 引言45
• 4.2 应变率对材料性能的影响45-46
• 4.3 率相关模型46
• 4.4 实验方案46-47
• 4.4.1 实验材料46
• 4.4.2 实验方案46-47
• 4.5 率相关模型研究47-52
• 4.5.1 率相关模型的建立47-49
• 4.5.2 率相关模型的验证49-52
• 4.6 超声振动辅助成形率相关模型研究52-55
• 4.6.1 超声振动辅助成形率相关模型的建立52-54
• 4.6.2 超声振动辅助成形率相关模型的验证54-55
• 4.7 本章小结55-57
• 第五章 超声振动辅助拉伸数值模拟技术研究57-69
• 5.1 引言57
• 5.2 有限元数值模拟理论57-58
• 5.3 超声振动辅助拉伸模拟58-65
• 5.3.1 有限元模型58-59
• 5.3.2 材料模型59
• 5.3.3 间歇振动拉伸模拟59-61
• 5.3.4 模拟结果分析61-65
• 5.4 率相关拉伸模拟65-67
• 5.5 超声振动率相关拉伸试验模拟67-68
• 5.6 本章小结68-69
• 第六章 结论与展望69-71
• 6.1 结论69-70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-79
• 致谢79-81
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 孙瑞雪;徐磊;赵文博;;不同应变速率下5083铝合金的拉伸性能及断口形貌[J];轻金属;2012年08期

2 郭伟国;田宏伟;;几种典型铝合金应变率敏感性及其塑性流动本构模型[J];中国有色金属学报;2009年01期

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本文编号：1004323