SiCp/Al复合材料热轧过程的有限元模拟
发布时间：2021-01-22 05:08
运用热-力耦合有限元法对SiCp/2009Al复合材料进行了热轧模拟,研究了复杂应力状态下的轧制成型过程、温度场、变形场及应力场分布,得到了轧制过程中表面和中心区域的温度、应力、应变以及应变率的变化曲线,从而可以更好地理解复合材料的热轧机理.模拟结果表明:在轧制入口处,最大主应力由压应力向拉应力转变,与出口处变化规律相反.在轧制稳定阶段,变形区的最大主应力则以压应力为主;轧板表面的热传递温降效应远大于摩擦温升效应,而轧板中心温度主要由塑性变形温升效应控制;此外,在轧制入口和出口处,应变率对流动应力的贡献起主导作用;在轧板变形区,轧板表面的流变应力主要由应变和温度决定,但表面黏着区是由应变率控制;轧板中心的流动应力在变形区主要受温度影响.
【文章来源】：金属学报. 2015,51(07)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
妇制右a日获橙到
果和讨论2.1稳定极限值的控制将显式动态过程应用于轧制准静态问题时,在其固有的时间尺度上分析是不切实际的,且需要大量小的时间增量,故需采取一些加速模拟的方法[24,25],所以准静态分析的一个重要目的是在保持惯性力的影响不显著的前提下用最短的时间进行模拟.Abaqus/Explicit软件主要是通过稳定极限值的大小来控制总的增量步数,进而控制模拟计算时间.Δt≤min(Lelcd)(13)cd=ρλ+2η(14)d=Smax(1Lelλ+2ηρ)(15)式中,Lel为单元特征长度,cd为材料波速,ρ为材图2SiCp/2009Al复合材料的显微结构Fig.2InitialmicrostructureofSiCp/2009Alcomposites周丽等:SiCp/Al复合材料热轧过程的有限元模拟891
?力明显减小.当网格尺寸继续减小时,轧制力变化不显著.图4为平均轧制力随网格尺寸的变化规律.可以看出,平均轧制力表现出强烈的网格依赖性,当网格尺寸减小到约1mm时,平均轧制力开始趋于稳定,故本工作整体网格种子密度设定为1.由式(15)可知,当材料和网格密度一定时,可以通过缩短时间周期和增大材料密度来减少增量步,即提高加载速率和质量.由于SiCp/2009Al复合材料是率相关材料,当模型参数随应变率变化时,若人为地提高加载速率会改变分析过程,只有通过合理的质量缩放才能在既提高计算效率的同时又保证模拟的准确性.如图5所示,将轧板厚度方向上不同位置的等效应力作为质量缩放指标,验证质量缩放对计算结果的影响.图6显示了不同质量缩放系图3不同网格尺寸下轧制力随时间变化曲线Fig.3Changesofrollingforcewithtimeunderdifferentmeshsizesd图4轧制力随网格尺寸变化曲线Fig.4Changesofrollingforcewithmeshsize图5选取路径图Fig.5Pathselectedinthestrip0.30.60.91.21.51.82.1580060006200640066006800Rolingforce/NGlobalmeshsize/mm图6质量缩放因子对等效应力的影响Fig.6Effectofmassscalingfactorwonequivalentstress表1SiCp/2009Al复合材料热物理性能[22,23]Table1Thermo-physicalpropertiesofSiCp/2009Alcomposites[22,23]Thermo-physicalparameterYoung'smodulusEPoisson'sratioνDensityρThermalconductivityKCoefficientofthermalexpansionφSpecificheatcpValue1010.34281817517.2×10-6900UnitGPakg·m-3W·m-1·℃-1℃-1J·kg-1·℃-1Coloronline0.00.30.60.91.21.51.80100020003000400050006000700
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于真实微观结构的SiCp/Al复合材料轧制过程模拟[J]. 阚盈,刘振刚,张士宏,张立文,程明,宋鸿武. 稀有金属. 2015(04)
[2]旋转速度对（WC+B4C）p/6063Al复合材料搅拌摩擦焊接头力学性能和微观组织的影响[J]. 汪山山,毛昌辉,杨剑,梁秋实,孙波. 稀有金属. 2012(01)
[3]塑性有限元在金属轧制过程中应用的进展[J]. 刘相华. 金属学报. 2010(09)
[4]中厚板轧制过程中轧制力变化有限元模拟[J]. 喻海良,矫志杰,刘相华,赵宪明. 材料与冶金学报. 2005(01)
本文编号：2992617
【文章来源】：金属学报. 2015,51(07)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
妇制右a日获橙到
果和讨论2.1稳定极限值的控制将显式动态过程应用于轧制准静态问题时,在其固有的时间尺度上分析是不切实际的,且需要大量小的时间增量,故需采取一些加速模拟的方法[24,25],所以准静态分析的一个重要目的是在保持惯性力的影响不显著的前提下用最短的时间进行模拟.Abaqus/Explicit软件主要是通过稳定极限值的大小来控制总的增量步数,进而控制模拟计算时间.Δt≤min(Lelcd)(13)cd=ρλ+2η(14)d=Smax(1Lelλ+2ηρ)(15)式中,Lel为单元特征长度,cd为材料波速,ρ为材图2SiCp/2009Al复合材料的显微结构Fig.2InitialmicrostructureofSiCp/2009Alcomposites周丽等:SiCp/Al复合材料热轧过程的有限元模拟891
?力明显减小.当网格尺寸继续减小时,轧制力变化不显著.图4为平均轧制力随网格尺寸的变化规律.可以看出,平均轧制力表现出强烈的网格依赖性,当网格尺寸减小到约1mm时,平均轧制力开始趋于稳定,故本工作整体网格种子密度设定为1.由式(15)可知,当材料和网格密度一定时,可以通过缩短时间周期和增大材料密度来减少增量步,即提高加载速率和质量.由于SiCp/2009Al复合材料是率相关材料,当模型参数随应变率变化时,若人为地提高加载速率会改变分析过程,只有通过合理的质量缩放才能在既提高计算效率的同时又保证模拟的准确性.如图5所示,将轧板厚度方向上不同位置的等效应力作为质量缩放指标,验证质量缩放对计算结果的影响.图6显示了不同质量缩放系图3不同网格尺寸下轧制力随时间变化曲线Fig.3Changesofrollingforcewithtimeunderdifferentmeshsizesd图4轧制力随网格尺寸变化曲线Fig.4Changesofrollingforcewithmeshsize图5选取路径图Fig.5Pathselectedinthestrip0.30.60.91.21.51.82.1580060006200640066006800Rolingforce/NGlobalmeshsize/mm图6质量缩放因子对等效应力的影响Fig.6Effectofmassscalingfactorwonequivalentstress表1SiCp/2009Al复合材料热物理性能[22,23]Table1Thermo-physicalpropertiesofSiCp/2009Alcomposites[22,23]Thermo-physicalparameterYoung'smodulusEPoisson'sratioνDensityρThermalconductivityKCoefficientofthermalexpansionφSpecificheatcpValue1010.34281817517.2×10-6900UnitGPakg·m-3W·m-1·℃-1℃-1J·kg-1·℃-1Coloronline0.00.30.60.91.21.51.80100020003000400050006000700
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于真实微观结构的SiCp/Al复合材料轧制过程模拟[J]. 阚盈,刘振刚,张士宏,张立文,程明,宋鸿武. 稀有金属. 2015(04)
[2]旋转速度对（WC+B4C）p/6063Al复合材料搅拌摩擦焊接头力学性能和微观组织的影响[J]. 汪山山,毛昌辉,杨剑,梁秋实,孙波. 稀有金属. 2012(01)
[3]塑性有限元在金属轧制过程中应用的进展[J]. 刘相华. 金属学报. 2010(09)
[4]中厚板轧制过程中轧制力变化有限元模拟[J]. 喻海良,矫志杰,刘相华,赵宪明. 材料与冶金学报. 2005(01)
本文编号：2992617
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