摘要：建立统一本构模型,预测面心立方金属(FCC)超声振动(UV)辅助成形塑性流动行为。该模型基于超声能场下的位错动力学并结合应力叠加机制描述UV软化行为。考虑位错密度、晶粒尺寸和超声能场的相互作用,以位错密度和晶粒尺寸作为内部状态变量建立模型,预测UV辅助成形的残余行为。开展无氧高导热(OFHC)铜UV辅助压缩试验来验证该模型的预测能力。结果表明,OFHC铜在UV下表现出明显的软化行为和残留软化行为,模型预测与实验结果吻合较好,有效反映铜的软化效应和残余效应。

摘要：针对真空灭弧室主屏蔽罩截面形状复杂造成的难成形问题,提出了主屏蔽罩的固体颗粒介质成形(SGMF)工艺。基于ABAQUS有限元软件建立了主屏蔽罩的有限元-离散元耦合分析模型,研究了成形路径、摩擦因数、填料高度对主屏蔽罩成形的影响,确定了主屏蔽罩的合理成形工艺参数,设计并制造了主屏蔽罩SGMF模具。试验验证了有限元-离散元耦合模型的准确性,并基于模拟的合理参数获得了主屏蔽罩零件。

摘要：固体颗粒介质成形工艺是采用固体颗粒介质代替刚性凸模(凹模)的作用,对金属板料、管材拉深胀形的先进工艺,在复杂零件精密成形、难加工材料成形、温热成形等方面具有独特优势。为揭示该工艺中固体颗粒介质的传力特性,采用离散元法(Discrete/distinct element method,DEM)数值模拟固体颗粒介质在单轴压缩下的受力过程,从力链角度分析固体颗粒介质在压缩过程中细观结构的变化规律,并以直径1 mm不锈钢球为传力介质,自行设计颗粒介质传力性能试验,数值模拟结果与实测值吻合较好。研究发现颗粒配位数与体积份额呈幂函数关系,侧压系数与压应力亦呈幂函数关系,且当内部力链结构趋于稳定时,侧压系数趋于定值。应用散体力学研究方法推导出固体颗粒介质压力衰减规律,进而得到介质传力极限距离,这对如何准确控制成形中颗粒介质压力分布,提高加工工件的成形性能具有重要意义。

摘要：选用非金属颗粒(NMG)作为研究对象,通过体积压缩试验和NMG在高应力水平下的物理性能试验,得到NMG体积压缩曲线和扩展的Drucker-Prager线性模型参数;通过摩擦强度试验,得到NMG的Mohr-Coulomb模型参数,并与扩展的Drucker-Prager线性模型参数比对基本吻合;测定了NMG与板材在不同正压力下的摩擦因数曲线。以材料性能试验为基础,对基于固体颗粒介质的板材软模成形工艺进行数值分析;设计制造固体颗粒介质板材成形试验模具,成功制出抛物线形零件。结果表明:固体颗粒介质与板材表面作用所表现出的显著摩擦性能,可以极大限度地发挥板料的成形性能;其工艺控制简便,模具结构简单;成形工件具有表面质量好、贴模性好、精度高等优点,为板材的加工和制备提供了新的方法和手段。

摘要：针对一些形状复杂、具有局部特征的难变形薄壁构件的成形问题,提出固体颗粒介质成形(Solid granules medium forming,SGMF)技术。并以薄壁的抛物线壳体零件为例,分析零件的特征及成形难点;基于ABAQUS平台,自行编制程序对抛物线壳体SGMF成形过程进行有限元法(Finite element method,FEM)和离散元法(Discrete element method,DEM)耦合仿真分析,探究不同摩擦因数对工件SGMF的影响。研究表明,FEM-DEM耦合分析技术兼顾离散颗粒介质与连续体板材各自的变形特点,能较准确模拟金属板材SGMF成形过程,并采用该耦合分析技术确定该抛物线壳体零件的最佳成形工艺参数;最后在模拟结果的基础上,开展抛物线壳体零件的颗粒介质成形试验研究,并成功试制出合格工件,试验结果与FEM-DEM耦合模拟结果基本吻合。

摘要：以6061铝合金和AZ31B镁合金板材为研究对象,采用单一变量法展开铝−镁异种合金板材超声焊接试验(振动频率为20 kHz)。以焊接参数(焊接压力、振幅、时间、焊件厚度)为单独变量展开焊件力学性能测试和焊件界面微观形貌观测。结果表明:当焊接压力小于0.3 MPa时,金属接触面之间摩擦热难以迅速生成,难以形成有效焊点;在以焊接振幅和焊接时间为单独变量的焊接试验中,当焊接振幅为8μm、焊接时间为0.75 s时,焊件力学性能最佳;但是随上述参数进一步增加,导致焊接能量过大反而造成焊接力学性能下降;焊件厚度对焊接接头力学性能影响规律与焊接压力、振幅、时间基本一致,在焊件厚度为0.3 mm时达到最佳焊接效果,参数过大或过小均不利于有效焊接的形成;在维氏硬度测试中发现焊接硬度呈现由中心区域发散式扩散的硬度分布规律;随着焊接压力逐渐增加,焊件界面微观形貌呈现不同阶段特征,当呈现波浪形特征时焊接效果达到最佳。

摘要：通过理论、实验和模拟相结合的方法,探究超声振动在AZ31B镁合金塑性成形中的“体积效应”影响规律及作用机理。首先基于非局部理论建立了超声振动AZ31B镁合金的应力叠加模型并通过模拟进行了验证,然后基于热激活理论和位错演化理论,建立AZ31B镁合金在超声振动条件下的声塑性模型,并结合实验验证了模型的准确性。结果表明:应力叠加效应导致的应力下降值与超声振动振幅参数正相关。引入超声振动产生的应力下降值可以通过应力叠加效应模型和声塑性效应模型刻画。应力叠加效应导致材料的平均流动应力发生振荡而下降;声软化效应指位错吸收超声能量克服钉扎效应,从而利于材料塑性变形;声残余硬化效应主要体现在高超声能量导致材料位错密度大量增殖,位错在晶界处塞积、堆垛形成位错墙,阻碍塑性流动,导致材料出现残余硬化。

摘要：散体颗粒介质兼有固体和液体的形态而又表现出不同于二者的诸多奇异性质,固体颗粒介质成形工艺正是利用这种特性将固体颗粒作为传力介质成功应用于金属板管材成形中并取得良好效果。为了探讨颗粒介质在固体颗粒介质成形工艺中的传压规律,并研究散体颗粒介质在承受压力条件下的传力特性,实现对成形中金属管板材内表面压力分布的准确控制从而有效提高金属管板材成形性能,通过设计固体颗粒介质的单轴压缩试验,得到颗粒介质侧压分布规律,在此基础上,结合非局部摩擦理论建立精确的颗粒介质传压力学模型,得到基于非局部摩擦理论的颗粒介质传压规律,并推导出其轴向传力压力函数表达式。研究结果表明:侧压力与传力距离按照二次函数的规律分布,并随着传力距离增加而下降;颗粒介质轴向传递压力随传力距离增加而逐渐衰减,并且考虑非局部摩擦所得到的理论值较局部摩擦更能接近试验值,而非局部作用接触面半径对结果影响较小。

摘要：针对常规变形方法难以实现的轻合金板成形问题,综合固体颗粒介质成形和超声振动塑性成形技术,提出超声激励颗粒介质成形工艺。采用ABAQUS对变幅杆及凹模按照20 k Hz工作频率进行设计并展开模态及谐响应分析,并以此为基础,设计并制造了最大输出功率1.5 k W的板材超声激励颗粒介质成形模具,进行AZ31B筒形件热态拉深试验,研究超声振动对板材颗粒介质拉深成形的影响。结果表明：超声激励促进颗粒介质的流动性及其传压性能;超声激励影响镁合金板材的极限拉深比,在振幅为6.7～11.6μm范围内,该极限拉深比呈现先增加后降低的规律。超声振动可以降低最佳压边力及成形载荷并抑制法兰区起皱,并且成形载荷随着超声振幅的增加,载荷降低比例越高。

摘要：采用AA5052铝合金挤压管作内层基管、Q235碳素结构钢卷焊管作外层覆管的钢铝复合管对复合管颗粒介质胀形行为进行研究。通过塑性理论分析胀形过程中管间切向摩擦力及法向压力对基管应力大小的影响;利用数值模拟分析管间摩擦因数和覆管各向异性对基管的应变成形极限的综合影响,并给出单管、复合管胀形时的壁厚减薄情况和基管的应力、应变分布;通过管材颗粒介质内高压胀形试验,对比单管和复合管胀形条件下铝合金管的极限胀形比,分析复合管的变形协调性。结果表明:通过施加Q235碳素结构钢覆管,减小了AA5052基管胀形区中间截面处的双向拉应力,基管胀形区壁厚减薄变小,胀形比提高了22%,复合管下基管最大减薄率为17.5%,成形性能显著提高。