高速列车用6N01铝合金弯曲行为研究

发布时间：2017-07-27 10:02

  本文关键词：高速列车用6N01铝合金弯曲行为研究

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【摘要】：铝合金具有密度小、强度适中和耐腐蚀等优点,是制造高速列车和地铁列车等的良好材料。弯曲成形是大型薄壁铝合金型材最常用的加工工艺之一,但由于我国铝合金车体的生产应用起步较晚,相关数据缺乏,同时由于铝合金型材力学性能不具有通用性,研究车体常用的6N01铝合金大型型材力学性能和弯曲行为具有重要的意义。本文首先对6N01铝合金型材各部位的取样进行了拉伸、金相观察、XRD和SEM等实验,然后对其板材与型材进行了三点弯曲实验和有限元模拟验证。研究结果表明：6N01铝合金型材截面不同位置及沿壁厚方向力学性能是不均匀的,根源是组织差异,是由于挤压状态、冷却方式和热处理工艺条件的差异所导致；6N01铝合金T4热处理状态最低屈服强度为150MPa、抗拉强度为186MPa、断裂伸长率为23%,其性能不均匀性主要体现在塑性变形抗力和塑性变形能力上,对极限承载能力的影响相对较小；T4状态拉伸断口存在较多韧窝,是一种典型的微孔聚集型断裂；T5状态6N01铝合金析出了大量颗粒状Mg2Si和白色杆状A15FeSi,其最低屈服强度和抗拉强度提高至220MPa和282 MPa、塑性下降到8.5%,此时力学性能不均匀性仍然存在,拉伸断口具有冰糖状形貌,以脆性沿晶断裂为主要特征,局部存在韧窝；板材三点弯曲实验发现T4状态铝合金板材的弯曲性能良好,厚度小于10mm时相对最小弯曲半径可以达到1；T5状态铝合金板材弯曲性能下降,相对最小弯曲半径为2.8-2.9；可以利用ANSYS/LSDYNA有限元软件模拟预测板材三点弯曲过程,所得的最小弯曲半径及弯曲角度和实验一致；T4状态双腔式6N01铝合金大型型材的弯曲性能良好,以截面畸变为主要失效形式,最小弯曲半径随拉伸面壁厚减小而增大；T5状态铝合金弯曲性能下降,以破裂为主要失效形式,最小弯曲半径随拉伸面壁厚增大而增大；有限元模拟可以研究铝合金型材三点弯曲成型的各种影响因素,并找到这些影响因素的最优解,为生产实际提供工艺指导。
【关键词】：铝合金 型材 弯曲 轻量化 有限元模拟
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U270.41;TG146.21
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-27
• 1.1 铝和铝合金12-15
• 1.2 列车使用铝合金材料的优点15-16
• 1.3 铝合金的主要强化方法16-19
• 1.3.1 固溶强化17
• 1.3.2 沉淀强化(时效强化)17-19
• 1.3.3 细化组织强化19
• 1.4 铝合金的热处理19-22
• 1.5 铝合金型材弯曲工艺及有限元模拟22-25
• 1.5.1 弯曲工艺介绍22-23
• 1.5.2 有限元法发展历史23-24
• 1.5.3 ANSYS/LS-DYNA软件平台概述24-25
• 1.6 本课题的研究意义及其内容25-27
• 1.6.1 本课题的研究意义25-26
• 1.6.2 本课题的研究内容26-27
• 2 实验材料与方法27-31
• 2.1 实验材料27
• 2.2 实验测试方法27-31
• 2.2.1 拉伸试验27-28
• 2.2.2 光学显微镜组织观察28-29
• 2.2.3 XRD实验29
• 2.2.4 扫描电镜及能谱分析29
• 2.2.5 断口分析29-30
• 2.2.6 三点弯曲实验30-31
• 3 6N01铝合金型材力学性能均匀性的研究31-55
• 3.1 T4状态6N01铝合金型材的力学性能均匀性研究31-41
• 3.1.1 T4状态6N01铝合金型材的截面性能均匀性研究31-35
• 3.1.2 T4状态6N01铝合金型材的力学性能与挤压方向关系35-38
• 3.1.3 T4状态6N01铝合金型材沿壁厚度方向的力学性能均匀性38-40
• 3.1.4 T4状态6N01铝合金型材拉伸断口分析40-41
• 3.2 T5状态6N01铝合金型材的截面性能均匀性研究41-50
• 3.2.1 T5状态6N01铝合金型材的截面性能均匀性研究41-45
• 3.2.2 T5状态6N01铝合金型材的力学性能与挤压方向关系45-47
• 3.2.3 T5状态6N01合金型材沿壁厚度方向的力学性能均匀性47-48
• 3.2.4 T5状态6N01合金型材拉伸断口分析48-50
• 3.3 T4和T5热处理状态的6N01铝合金型材显微组织观察与分析50-53
• 3.4 本章小结53-55
• 4 6N01铝合金板材弯曲性能研究55-65
• 4.1 T4热处理状态铝合金板材三点弯曲试验55-56
• 4.2 T5热处理状态铝合金板材三点弯曲试验56-58
• 4.3 板材三点弯曲有限元模拟58-64
• 4.3.1 单元类型的选择58-59
• 4.3.2 材料模型选择59-61
• 4.3.3 建立几何模型划分网格61
• 4.3.4 定义载荷和接触61-62
• 4.3.5 求解与分析62-64
• 4.4 本章小结64-65
• 5 6N01铝合金型材弯曲性能研究65-76
• 5.1 T4热处理状态铝合金三点弯曲试验66-69
• 5.2 T5热处理状态铝合金三点弯曲试验69-71
• 5.3 型材弯曲过程有限元模拟71-73
• 5.4 型材弯曲过程影响因素研究73-75
• 5.5 本章小结75-76
• 6 结论76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-82
• 附录A82-83
• 附录B83-85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 张伟;肖新科;魏刚;;7A04铝合金的本构关系和失效模型[J];爆炸与冲击;2011年01期

2 张卫华;王伯铭;;中国高速列车的创新发展[J];机车电传动;2010年01期

3 贾俐俐;高锦张;;汽车门框空腹铝型材弯曲工艺[J];金属成形工艺;2000年06期

4 刘天湖;孙友松;;新材料新工艺在新型汽车开发中的应用[J];金属成形工艺;2001年01期

5 胡丽华;傅e，

本文编号：580842