基于Voronoi图理论的微塑性成形有限元建模与尺寸效应研究

发布时间：2022-06-20 16:02

　　随着科技的飞速发展及人们对微型产品的需求量快速增加,微成形技术成为现代发展的驱动力,并推进了在材料微塑性成形研究领域的进展。通常至少在两维尺度下,在亚毫米范围内微小的零件受到外力的作用下发生一定的塑性变形称为微塑性成形或微成形。该技术广泛应用于实际器件加工,电子行业,医学及机械等领域,在未来的实际生产中有广阔的应用前景。经研究,微塑性成形过程中的变形特点随着试样本身或者外界条件的影响,发生不同与传统的塑性变形过程的现象,随着试样尺寸或者晶粒尺寸表现出明显的尺寸效应。因此,本文所研究的微塑性成形过程中产生的尺寸效应现象成为目前塑性成形技术研究领域的热点和难点,对以后该技术发展也有着重要的推动力。本文针对微塑性过程中的尺寸效应展开了实验和模拟研究,首先,进行微拉伸试验,引入尺寸参数,分析试样几何尺寸和晶粒尺寸对流动应力的影响。其次,基于Voronoi图理论,借助于插件POLARIS在有限元软件ABAQUS中建立了三维多晶几何模型;依据表面层理论和晶体塑性力学,提出了考虑表面层模型和晶粒取向的材料多晶体本构模型,并依据实验数据拟合出纯铜材料的多晶体本构关系。最后,利用所建立的三维多晶几何模型... 

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 微塑性成形的简介
    1.2 研究背景和意义
    1.3 微塑性成形的数值模拟
        1.3.1 跨尺度理论
        1.3.2 应变梯度理论
        1.3.3 介观尺度理论
        1.3.4 数值模拟研究现状
    1.4 本文研究目的及内容
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 研究内容
第二章 微尺度下纯铜的微拉伸实验研究
    2.1 引言
    2.2 主要的测试方法
    2.3 实验方案及预处理
    2.4 实验条件
    2.5 实验结果及分析
    2.6 本章小结
第三章 基于Voronoi图的多晶几何模型的建立
    3.1 引言
    3.2 Voronoi图理论的基本思路
    3.3 有限元软件ABAQUS的简介
    3.4 ABAQUS/Python的二次开发
    3.5 基于Voronoi图的多晶体几何建模
    3.6 本章小结
第四章 多晶体本构模型的建立
    4.1 引言
    4.2 金属塑性理论基础
    4.3 材料复合模型的建立
    4.4 多晶体本构模型的建立
    4.5 本章小结
第五章 微塑性成形的数值模拟及验证
    5.1 引言
    5.2 微拉伸成形的数值模拟及验证
        5.2.1 有限元建模
        5.2.2 模拟结果分析
    5.3 微镦粗过程的数值模拟
        5.3.1 有限元建模
        5.3.2 模拟结果分析
    5.4 本章小结
第六章 微拉伸和微镦粗过程的尺寸效应研究
    6.1 引言
    6.2 微拉伸过程的尺寸效应分析
        6.2.1 试样尺寸的影响
        6.2.2 平均晶粒尺寸的影响
        6.2.3 晶粒分布的影响
    6.3 微镦粗过程的尺寸效应分析
        6.3.1 试样尺寸的影响
        6.3.2 晶粒分布对流动应力的影响
    6.4 本章小结
第七章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况


【参考文献】：
期刊论文
[1]单相钛合金晶体塑性有限元研究:多晶集合体特征对力学响应的影响（英文）[J]. 唐斌,谢韶,刘毅,韩逢博,寇宏超,李金山.  稀有金属材料与工程. 2015(02)
[2]纯铜微镦粗过程尺寸效应的试验研究[J]. 王广春,郑伟,姜华,姜正义.  机械工程学报. 2012(14)
[3]微米级H62铜合金箔拉伸时的尺度效应[J]. 禹路,李萍,薛克敏,卫定.  机械工程材料. 2010(01)
[4]Flow stress and tribology size effects in scaled down cylinder compression[J]. 郭斌,龚峰,王春举,单德彬.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2009(S2)
[5]尺寸效应对H62黄铜微拉伸性能的影响[J]. 王匀,陆广华,许祯英,吴江平,王晶晶.  机械设计与研究. 2009(01)
[6]微挤压成形数值模拟[J]. 李志,王匀,孙日文,董培龙,朱永书.  农业机械学报. 2008(11)
[7]多晶体材料的晶界强化模型研究[J]. 包卫平,任学平,马祖南.  塑性工程学报. 2008(03)
[8]精密微塑性成形技术的现状和发展趋势[J]. 单德彬,袁林,郭斌.  塑性工程学报. 2008(02)
[9]微细塑性成形计算机模拟技术研究[J]. 马宁,董湘怀.  华中科技大学学报(自然科学版). 2005(04)
[10]微成型数值模拟技术的现状与发展[J]. 宋满仓,刘柱,于同敏.  机械制造与自动化. 2005(02)

硕士论文
[1]无润滑条件下纯铜微镦粗摩擦行为的实验研究及数值模拟[D]. 于萌真.山东大学 2018
[2]微拉深工艺的实验研究及计算机模拟[D]. 席庆标.上海交通大学 2007
[3]微型圆柱件镦粗变形规律数值模拟研究[D]. 常妍妍.哈尔滨工业大学 2006
[4]晶体塑性成形的数值模拟[D]. 张超.山东大学 2005



本文编号：3653741