一种韧性断裂准则中材料常数的计算模型及其应用

为确定符合板材变形规律的韧性断裂准则中的材料常数,基于传统M-K模型框架并进行修正,结合单向拉伸和平面应变试验数据,提出一种新的韧性断裂准则材料常数计算模型。利用MATLAB软件编写该计算模型的算法程序,得到应用于铝镁合金5A06-O板材的不同韧性断裂准则材料常数。同时将CL韧性断裂准则嵌入Abaqus/Explicit显示模块的用户材料子程序VUMAT。在200℃的条件下,对铝镁合金5A06-O板材在热介质胀形和充液热拉深中的断裂行为进行数值模拟,并与相同工艺参数下的试验所得结果作对比。结果表明,热介质胀形高度误差为6.2%,充液热拉深深度误差为8.5%,验证了韧性断裂准则材料常数计算模型的正确性,表明了CL韧性断裂准则在板材充液热成形中的适用性。     

TA32钛合金板材的超塑胀形性能研究

通过开展高温气胀成形试验研究了TA32钛合金板材在不同应变路径下的超塑胀形性能。采用4种具有不同短长轴比的椭圆模具实现不同的双拉应变路径,并将试样的轧向和横向分别平行于模具的长轴方向以分析变形各向异性。基于非关联流动准则下的Barlat’89屈服准则以及胀形试样顶点处的应变分量、壁厚和曲率半径,确定了不同应变路径下的等效应力–应变曲线。结果表明,TA32板材的超塑胀形性能具有显著的应变路径依赖性,当应变路径从等双轴拉伸转变为近平面应变时,板材极限胀形高度减小,减薄率和峰值应力增加,延伸率降低,成形性能下降。同时,TA32板材在高温双拉条件下表现出明显的力学性能各向异性。当板材轧向与第一主应变方向平行时,材料具有更低的峰值应力和更高的塑性,表现出更好的成形性。     

GH600合金薄板成形极限研究

通过实验,获得了GH600合金薄板的成形极限图(FLD),建立了其成形极限图的函数模型,并将实验基础上获得的FLD函数模型与专用有限元软件DYNAFORM中利用Keeler公式自动生成的FLD作为模拟时破裂的判据,模拟研究了GH600合金筒形件的拉深和杯突实验过程,将模拟结果与实验结果进行对比。结果表明:利用Keeler公式自动生成的成形极限图与实验获得的FLD数据差别较大,实验获得的FLD作为DYNAFORM模拟时的破裂判据,能更准确的预测GH600合金薄板成形过程中的破裂问题。实验所得成形极限图(FLD)和所建立的函数模型为该类板材成形过程的数值模拟提供了重要的依据。     

材料参数对超塑性恒压充模胀形过程影响的数值分析

 采用大变形刚粘塑性有限元法模拟了超塑性恒压充模胀形过程，分析了应变速率敏感性指数m、应变硬化指数n和厚向异性指数R等材料参数对胀形件厚度分布、成形时间、等效应变场及胀形成形能力的影响；通过对铝合金LY12CZ板料的相应实验对模拟结果进行了验证。     

涡扇发动机铝合金碗形件的粘性介质压力成形

涡扇发动机铝合金碗形件由于局部塑性变形较大，采用已有的成形方法得到的零件壁厚局部减薄严重或尺寸精度不满足要求。粘性介质压力成形(VPF)技术采用一种粘性介质作为传力介质，适合于成形该类零件。通过粘性介质压力胀形试验和数值模拟，分析了粘性介质的粘度对铝合金球面碗形件厚度分布及极限成形高度的影响，对涡扇发动机铝合金带凸台碗形VPF件进行了分析。研究结果表明，粘性介质与板材之间的粘性附着应力提高了碗形件厚度分布的均匀性和极限成形高度，随着粘性附着力增大，对带有局部变形较大凸台的碗形件，可以抑制局部壁厚的减薄。采用VPF技术，获得了尺寸和壁厚均合格的涡扇发动机带凸台铝合金碗形件。     

冲压发动机超薄壁波纹形件的粘性介质压力成形

粘性介质压力成形是一种采用具有高粘度并且可流动的半固态介质作为软凸模的成形方法。采用试验和数值模拟方法，研究了高温合金超薄壁波纹形件成形过程坯料形状、应变分布、厚度分布的变化和界面摩擦对板料成形的影响，研究结果表明：成形件尺寸精度高、表面质量好、厚度均匀；与钢凸模成形相比较，可以避免局部较小半径曲面之间的严重颈缩；对于具有局部较小半径曲面的复杂形状薄壁件，粘性介质压力成形显示出其优越性。     

电沉积ZrO2/Ni纳米复合材料低温高应变速率超塑性的研究

采用电沉积方法制备了平均晶粒尺寸为45nm的ZrO2/Ni复合材料,并通过拉伸和胀形试验对该材料的超塑性能进行了研究。拉伸试验结果表明:材料在温度为420~500℃,应变速率为8.33×10-4s-1~1.67×10-2s-1时均获得了高于200%的延伸率。在温度为450℃和应变速率为1.67×10-3s-1时,得到最大延伸率605%。用扫描电镜SEM对拉伸前后试件的显微组织进行了观察,发现晶粒在温度的作用下明显长大。采用内径5 mm的凹模对ZrO2/Ni复合材料进行超塑胀形试验,在温度为420~500℃获得高径比H/d高于0.5的胀形件,说明该材料具有良好的超塑性能。     

铝锂合金209l成形性能的初步研究

本文对铝锂合金2091板材的成形性能进行了初步研究。通过单拉试验、液压胀形试验、杯突试验、锥杯试验及凸耳试验,证明2091板材在新淬火状态下具有良好的成形性能。     

蒙皮拉形工艺优化系统接口技术

针对有限元数值模拟在板料成形工艺分析与参数优化方面出现的瓶颈问题,采用批处理命令集、脚本文件和宏命令为数据接口,基于ISIGHT为优化策略和ABAQUS为有限元模拟平台,搭建飞机蒙皮拉形工艺优化系统,实现成形工艺参数分析的自动寻优.利用该系统实现单凸双曲度蒙皮拉形预拉伸率优化,并进行试验验证,结果表明,优化拉形工艺参数后零件变形均匀程度提高,回弹明显减小.     

界面层参数对陶瓷基复合材料单轴拉伸行为的影响

采用细观力学方法研究了界面层参数对陶瓷基复合材料单轴拉伸行为的影响.在剪滞模型基础上提出了考虑界面相与界面层效应的力学简化模型,结合临界基体应变能准则、最大剪应力准则、临界纤维应变能准则确定基体裂纹间距、界面脱黏长度和纤维失效百分数,对考虑界面层影响的陶瓷基复合材料拉伸应力-应变曲线进行了模拟,讨论了界面层体积分数、弹性模量及泊松比对拉伸行为的影响,并与试验结果进行了对比,发现考虑界面层及界面相的影响时,界面脱黏和纤维失效段应力-应变曲线与试验数据更接近,预测效果更好.      

基于数值模拟的应力成形极限图的应用研究

根据极限应变到极限应力的转换关系,采用 Hill48塑性准则和 Hill79塑性准则建立了应力成形极限图的数学计算模型。并基于板料成形有限元软件 Dynaform,实现了用应力成形极限图作为判据对板料成形进行分析。     

基于立体视觉的板料成形极限应变测量关键技术及其系统

 设计并实现了一种基于双目立体视觉和数字图像相关方法的板料成形极限应变测量系统—BOSAS(双目视觉应变测量分析系统),对其中的关键技术作了深入讨论。该系统可以克服传统坐标网格方法很难进行变形过程的动态监控、自动化程度不高等局限,并可计算试件各变形阶段全场应变分布,以及重建不同变形时刻下试件的几何外形。将分段位移传递法和有限应变理论相结合,可计算大变形下的极限应变。对深冲铝板6016以及航空铝板2A12-T4、2A12-O、7B04-O等材料的应变测量结果显示本文方法适用于板料成形三维变形及极限应变的测量,并将测得数据与由坐标网格方法测得的数据进行比较,结果表明本文方法测量准确、可靠。     

Improving the process forming limit considering forming defects in the transitional region in local loading forming of Ti-alloy rib-web components

The isothermal local loading forming technology provides a feasible way to form Ti-alloy large-scale rib-web components in aerospace and aviation fields.However,the local load ing process forming limit is restricted by forming defects in the transitional region.In this work,the feasibility of controlling forming defects and improving the process forming limit by adjusting die parameters is explored through finite element (FE) simulation.It is found that the common cavum and folding defects in the transitional region are significantly influenced by the fillet radii of left rib and middle rib,respectively.The cavum and folding defects can be effectively controlled by increas ing the fillet radii of left rib and middle rib,respectively.The process forming limits considering forming defects in the transitional region are determined by the stepwise searching method under various die parameters.Moreover,the relationship between the process forming limit and die parameters is developed through the response surface methodology (RSM).The developed RSM models suggest that increasing the fillet radii of left and middle ribs is effective to improve the pro cess forming limit during local loading forming of rib-web components.The results will provide technical basis for the design of die parameters and the reduction amount,which is of great impor tance to control forming defects and improve the process forming limit in local loading forming of Ti-alloy large-scale rib-web components.     

板材最优路径成形理论与方法

按最优路径成形板材将获得理想的成形效果，这种最优成形路径可通过多点成形技术来实现。本文基于理想路径（最小塑性功路径）成形理论，提出了板材最优路径成形的概念。最优成形路径可由初始构形、目标构形以及一系列中间构形描述出来，根据理想路径成形的变形及本构关系，文中建立了计算初始构形的有限元方法；建立了确定中间构形的泛函，给出了求解中间构形的数值方法。根据给出的方法设计了近似最优路径成形──多道次多点成形实验，实验结果表明，采用近似最优路径成形，球面目标形状的最大变形曲率提高了１１％～４０％；马鞍面目标形状的最大变形曲率提高了１５％－５０％。     

电塑性及电流辅助成形研究动态及展望

航空航天等领域对高性能、轻量化和高功效构件精确成形成性的要求,迫切需要发掘和提高难变形材料的成形潜力。金属等材料在电流辅助加载时塑性提高和变形抗力降低的电塑性效应（EPE）,与传统塑性加工技术相结合发展出的电流辅助成形（EAF）工艺,可望大幅提高材料成形极限和成形质量,是实现难变形材料难成形结构精确成形制造的极具前景的技术。基于EPE测试表征方法的研究进展分析,综述了焦耳热效应、电子风效应及磁效应等EPE作用机理的研究动态,从回复、再结晶、相变及缺陷修复等方面,分析总结了电流处理对材料微观组织和性能的影响规律和作用机制,进而讨论了电塑性拔丝、轧制及微成形等EPE用于成形过程的EAF研究进展。基于上述研究动态分析,总结提出了电塑性机理方面尚待解决的科学难题、EPE驱动EAF工艺创新及工业化应用所面临的技术挑战。     

硬铝合金预拉伸、热处理后成形性能的正交试验研究

在铝合金实际成形工艺的基础上通过正交试验研究了成形过程的各个因素:热处理前的变形、试件取样拉伸方向、时效时间及材料厚度对淬火后铝合金各成形性能指标的影响,得到了这些因素对材料各个性能指标的影响规律和新淬火状态下铝合金成形性能的特点,指出了热处理后材料的变形效应并没有消失,甚至依然显著地影响着某些成形性能,给出了2D12铝合金板料在新淬火状态下的本构关系,为成形工艺的制定及数值模拟分析提供了依据。     

钛合金钣金件脉冲电流辅助热压成形精度控制

针对钛合金钣金件冷加工成形精度低、热成形机成形成本高的问题,提出一种采用脉冲电流辅助热压成形工艺。以TC1钛合金U型件为对象,研究了脉冲电流辅助热压成形工艺对钛合金钣金件的缺陷、尺寸精度及力学性能的影响。结果表明,脉冲电流加热可提高成形效率,当脉冲电流密度为9.2A/mm^2,合模速度为15mm/s时,补偿了成形过程的热量损失,使钛合金钣金件保持在良好的成形温度区间,增加其成形极限,得到零件表面质量良好、无裂纹。在成形过程中,随着成形压力、保压时间、模具预热温度的升高,零件的尺寸精度逐渐提高,当成形压力10t、保压时间10s、模具不预热时,零件的尺寸精度即可达到±0.2mm。脉冲电流辅助热压成形后零件的晶粒尺寸比热成形机成形的细小,且力学性能也较好。     

飞机蒙皮拉伸成形工艺参数优化

拉伸成形是飞机板金的基本成形方法。结合蒙皮拉伸成形常见的缺陷及影响因素,简述了最优化理论结合数值模拟优化工艺参数的必要性。以双曲度蒙皮为例,分析了产生回弹的机理和影响因素。采用正交试验设计建立响应曲面,序列二次规划和混合整数优化相结合的优化算法,以厚度减薄率为约束条件,对成形工艺参数预拉伸率进行优化,并对优化结果进行试验验证。结果表明优化拉形工艺参数后零件变形均匀程度提高,回弹减小了21.87%。     

大型飞机整体壁板喷丸成形延展变形分析

针对基于喷丸成形的大型飞机机翼整体壁板延展变形问题,从影响整体壁板喷丸延展变形的因素出发,通过对整体壁板喷丸成形展向应变的理论计算和实测延展数据对比,得出整体壁板喷丸成形加工环节的延展变形规律。     

超塑性成型工艺优化策略

超塑性能在较低应变速率下得到较大变形量,超塑性成型工艺在航空航天领域多用于制造铝合金零件,一般采用气压在高温下实现。为达到最佳成型效果,对其工艺的优化必不可少。对超塑性及其成型工艺做一简介,介绍了采用数值模拟和实验验证提出的超塑性成型工艺优化策略。提出对超塑性成型工艺的优化按单参数优化和多参数优化分类,并给出了相应分类的优化策略,着重给出了成型时间优化中的气压控制和控制空间搜索策略及零件厚度优化,指出了后续研究的方向。