基于原位拉伸测定GTN损伤模型参数的5052铝合金成形极限应力图研究(英文)

传统成形极限图(FLD)由第一主应变与第二主应变的比值构成。但FLD依赖于成形历史和应变路径。因此,本文采用成形极限应力图(FLSD)来预测铝合金5052-O1(AA5052-O1)的成形极限。将修订的Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)塑性势模型用来模拟Nakazima凸模胀形实验。采用带扫描电镜(SEM)的原位拉伸试验观察记录损伤演化过程以确定GTN模型中的材料参数。通过计算AA5052-O1三个损伤阶段的孔洞分数获得GTN模型参数。根据实验结果,原生孔洞体积分数、最大形核孔洞体积分数、临界孔洞体积分数,最终断裂孔洞体积分数分别为0.002918,0.0249,0.030103,0.04854。在断裂前最后一个载荷步获得的应力应变值用来绘制AA5052-O1的FLSD和FLD。与Nakazima凸模胀形试验和单轴拉伸试验结果相比较,预测结果与试验结果较为吻合。由原位拉伸试验确定的模型参数可用于研究韧性金属的成形极限。     

MGH956合金板材基本成形性能研究

MGH956合金为国内仿MA956合金研制的一种氧化物弥散强化高温合金,对MGH956合金板材进行了埃里克森杯突、拉深、扩孔、弯曲、锥杯和成形极限图等试验。通过试验,对于MGH956合金板材,建议采用具有拉深、胀形或拉胀复合成形特征零件的热成形,减少或避免用于具有较多翻边特征的零件加工。     

TA1钛合金板材高温颗粒介质成形试验研究

利用高温介质成形工艺对TA1钛合金板材进行了筒形零件拉深过程仿真计算及试验验证,模拟分析及高温条件下拉深试验结果表明,高温介质成形工艺适用于钛合金板材,并能显著提高钛合金薄壁零件的成形质量。     

双路径自然增压铝合金2A12O充液拉深

 基于铝合金等难成形板材的需要,提出了双路径自然增压充液拉深新技术。用有限元法对铝合金2A12O双路径自然增压充液拉深进行研究,探讨径向压力和液池压力单独变化时对壁厚分布的影响;得到合理的液池压力和径向压力加载路径以及合适匹配比;分析了该方法中液池压力和径向压力成比例变化时,壁厚分布的变化趋势。结果表明：采用15.0~20.0 MPa的液池压力,并将液池压力经增压活塞1.45倍增压后引到毛坯法兰边缘,可获得壁厚分布比较均匀、成形质量较高的零件,并能显著提高板料的极限拉深比;液池和径向压力的比例变化影响成形零件的壁厚分布,并且在不同的成形阶段其影响趋势不同。对模拟分析得到的压力加载路径和增压比进行实验,得到拉深比达2.65的铝合金2A12O杯形件,并建立其成形合理的压力区域。     

充液拉深成形工艺与传统工艺的比较

以液体为介质成形零件已经有100多年的历史了.充液拉深成形与传统工艺相比具有许多优点,本课题从成形力、模具、拉深比及成形精度等几个方面阐述了充液拉深成形与传统工艺的区别.     

基于损伤力学的金属材料韧性断裂失效分析

金属韧性断裂是损伤累积的结果,以孔洞演化理论和细观损伤力学模型为基础,将韧性断裂机制

分为拉伸型和剪切型两种类型,提出了一个适用于不同变形路径的统一形式的韧性断裂准则。通过编写用户

材料子程序VUMAT,将韧性断裂准则嵌入到ABAQUS 有限元软件的准静态算法主程序中,模拟了航空铝合金

LY12CZ(Kt =1 和3)单向拉伸时材料损伤累积、裂纹萌生、扩展直至韧性断裂的物理全过程,并通过拉伸试验

验证了模型的有效性。韧性金属材料孔洞断裂机制研究表明,单调加载过程中宏观裂纹的形成是孔洞在夹杂

物和第二相微粒周围形核、长大直至聚合的结果。

     

高温合金复杂薄壁零件多道次充液拉深技术

充液拉深(HDD)技术是薄壁零件成形的一种有效方法.针对难成形,复杂薄壁结构的某型发动机高温合金板材零件,通过分析锥面自由悬空区的起皱失稳现象,设计了多道次充液拉深结合刚模成形的技术方案,并建立了有限元分析模型.基于有限元模拟和工艺验证试验,研究了预成形高度和终成形液室压力等关键工艺参数对零件最终成形质量的影响,探讨了...     

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。     

复杂型面零件充液拉深失效控制研究

对于普通拉深无法成形的复杂零件,充液拉深成形是一种有效的解决方法.在自行研制的充液拉深成形试验机上进行工艺验证实验,对复杂型面不锈钢零件充液拉深成形过程中出现的起皱、破裂和不贴模3种失效形式进行了研究,分析了液室压力、压边力和拉延筋深度等关键工艺参数对失效的影响和作用规律,优化了液室压力和压边力加载曲线以及拉延筋参数.结果表明,液室压力加载曲线应与板料悬空区变化趋势相协调,压边力加载路径应与液室压力相匹配,为消除悬空带过渡区的内皱,必须设置合适的拉延筋.     

非耦合韧性断裂准则及其在航空金属材料中的应用

结构轻量化是航空航天和汽车领域的重要发展趋势,对以铝合金、镁合金和钛合金为代表的轻质高强金属材料的需求与日俱增。预测材料的损伤断裂行为是高性能航空构件成形工艺设计和服役性能评估的关键,而发展先进的韧性断裂准则是其主要途径。本文首先介绍了金属材料损伤断裂的微观机制,包括剪切和压缩应力主导的剪切型断裂、拉应力主导的拉伸型断裂及复合型断裂。回顾了韧性断裂准则的研究现状,传统非耦合韧性断裂准则的发展历程、特点和适用场合,重点论述了近年来几种典型的非耦合韧性断裂准则的特点和优势。传统的非耦合韧性断裂准则通常只考虑最大主应力或平均应力对损伤断裂的影响,忽略了偏应力的作用,不适合于低应力三轴度或复杂应力状态下的断裂行为预测;而新的韧性断裂准则综合考虑应力三轴度和罗德角参数对损伤演化的共同影响,适用于复杂的应变路径和应力状态。最后,评述了非耦合韧性断裂准则在铝合金、镁合金和钛合金等航空金属材料中的发展现状和典型应用,展望了韧性断裂准则的发展趋势和研究方向。非耦合韧性断裂准则需针对先进结构金属材料的变形特点,综合考虑应力状态、应变速率、温度及各向异性等对损伤断裂的作用,使其具有更好的普适性和预测精度。     

AZ31镁合金板热成形中的屈服和损伤:本构实现与数值分析

为了准确预测各向异性镁合金板的成形质量,将改进的GTN损伤模型与各向异性拉压不对称的CPB06屈服本构耦合,并考虑了屈服面形状随塑性应变累积的变化,得到了考虑本构参数随塑性应变演化的各向异性屈服CPB06-GTN损伤模型。基于该模型,在ABAQUS/Explict中编译得到了相应的VUMAT子程序,采用单个单元进行了单轴拉伸和压缩模拟,并通过与实验一致性对比验证了子程序的正确性。使用子程序不仅能够模拟镁合金的各向异性屈服及其不规则的硬化,同时也能够模拟镁合金的损伤破坏。此外,采用编写的子程序进行了热拉深成形的数值模拟,模拟预测与实验结果对比表明,采用各向异性损伤模型的计算结果能够准确预测镁合金的变形及其损伤破坏,模拟结果与实验数据吻合;采用合适的压边力和成形的温度条件及非等温成形方法能够提高镁合金的成形性。     

Mechanics analysis of axisymmetric thin-walled part in warm sheet hydroforming

To obtain the influence of fluid pressure and temperature on warm hydroforming of5A06-O aluminum alloy sheet, the unified mechanics equilibrium equations, which take throughthickness normal stress and friction into account, were established in spherical coordinate system.The distribution of through-thickness normal stress in the thickness direction was determined. The relation between through-thickness normal stress and fluid pressure was also analyzed in different regions of cylindrical cup. Based on the method of subtracting one increasing function from another, the constitutive equation of 5A06-O applied to warm hydroforming was established and in a good agreement with uniaxial tensile data. Based on whether the thickness variation was taken into account, two mechanic models were established to do the comparative study. The results for the studied case show that the calculated stress values are pretty close according to the two models and consistent with results of finite element analysis; the thickness distribution in flange computed by the second model conforms to the experimental data. Finally, the influences of fluid pressure on the flange thickness and radial stress were analyzed.     

基于单向拉伸的防锈铝合金温热力学性能研究

通过不同温度及应变速率下的单向拉伸试验,获得了5A06-O防锈铝合金板材关键力学性能参数的变化规律。结果表明,在一定的应变速率下,5A06铝合金的流动应力及抗拉强度随着温度的升高而降低,断后延伸率随着温度的升高而显著的提高。当温度处在20～150℃范围内,均匀延伸率随着温度的升高而升高,而在150℃～300℃范围内,随着温度的升高而降低。另外,基于Fields&Backofen本构方程,对5A06铝合金在不同温度状态下的强化规律进行了分析和探讨,结果表明,随着温度的逐渐升高,应变强化指数不断减小,应变速率敏感系数则显著增大,应变速率强化作用明显增强。     

基于CTOAc评估结构断裂特性的方法研究

介绍了一种基于临界裂纹尖端张开角(CTOAc)评估破损结构延性断裂特性的方法。引入了评估裂纹稳态扩展和止裂的CTOA准则,介绍了CTOAc的试验测定方法,重点推荐准静态的方法。通过对两类典型M(T)试件进行有限元分析,应用应力失效准则及节点力释放技术模拟了结构的裂纹扩展过程,得到了对应裂纹长度的CTOA值。结果表明,CTOA是模拟延性断裂的一个重要表征参数,CTOA准则在高韧性的航空铝合金结构中具有广泛的适用性和广阔的应用前景。     

基于微观结构的2B06铝合金全寿命概率模拟

通过新型铝合金2B06轧制薄板材料的金相分析和疲劳断口的扫描电镜分析知,其疲劳裂纹萌生机理与材料微观结构有着紧密的联系,该型铝合金轧制薄板光滑试件的疲劳裂纹一般倾向于尺寸较大的S相(Al₂CuMg)粒子处萌生。经统计分析获得S相粒子尺寸的分布规律;将S相粒子当量假设为表面裂纹,运用概率断裂力学,建立涵盖"材料微观结构→短裂纹扩展→长裂纹扩展→断裂"失效过程的全寿命概率模拟理论模型,通过不同应力水平和不同应力比的多组疲劳试验对模型进行验证。结果表明,提出的全寿命概率模拟方法是合理的、可行的。     

An inverse strategy to determine constitutive parameters of tubular materials for hydroforming processes

This paper is to determine the flow stress curve of 5049-O aluminium alloy by a tube hydraulic bulging test with fixed end-conditions. During this test, several tubular specimens are bulged under different internal pressures before their bursting, and the corresponding bulging height and wall thickness at the pole are measured. An inverse strategy is developed to determine the constitutive parameters of tubular materials based on experimental data, which combines the finite element method with g...     

复合材料盒段颤振特性试验研究

 本文介绍了一个复合材料盒段的颤振特性试验研究,包括地面共振试验。风洞颤振试验和计算分析。试验盒段为骨架-蒙皮式结构。一个试验盒段蒙皮为复合材料,另一个试验盒段蒙皮为铝合金。两种试验盒段骨架相同,均为铝合金梁架;两种试验盒段蒙皮厚度亦相同。试验和计算表明,复合材料盒段比铝合金合段颤振速度提高16.7％,盒段总质量减少17.7％。     

复杂载荷下疲劳寿命估算

 本文给出了LY12CZ铝合金板材的循环硬化规律;以材料在循环载荷作用下累积的塑性滞后能作为疲劳损伤准则,证明了应力控制等幅循环加载条件下损伤累积随循环次数变化的非线性,导出了材料瞬态塑性应变能的计算公式,算出了破坏发生时材料耗散的总塑性应变能,并给出了它与应力变程的关系。文中把疲劳损伤分为静拉伸损伤与循环损伤两部分,给出了损伤累积模型。以该模型为基础,计算了两级加载、4级加载和程序加载下光滑试件的疲劳寿命。计算结果与试验结果符合很好。