摘要：对AZ31B镁合金复杂截面零件固体颗粒介质成形过程进行研究。结合镁合金热态单向拉伸试验和有限元逆向法,确定预测热态下镁合金成形极限的Gurson-Tvergaard-Needleman(gtn)模型损伤参数。以镁合金异形件为研究对象,基于镁合金gtn损伤模型,采用有限元软件ABAQUS模拟该异形件的成形过程,分析不同工艺参数对工件壁厚和孔洞体积分数的影响,确定了该异形件的最佳成形工艺参数。设计了镁合金异形件固体颗粒介质成形模具并展开了相关试验,试验结果与基于gtn损伤模型的仿真结果基本吻合,并基于最佳模拟参数获得了合格的零件。

摘要：针对汽车座椅调角器在极限工况下发生的失效现象,通过建立有限元仿真模型的方法,得到各个零件的应力和变形分布,并为进一步的结构优化设计提供指导。其中调角器各个零部件采用弹塑性结合gtn模型的本构关系来描述,通过采用不同的流动应力模型和损伤参数,并与单轴拉伸试验结果对比,得到实际材料的力学参数组合。应用反向分析得到的材料参数赋予各个零部件,并采用显式动力学的方法对调角器进行仿真分析。结果表明滑槽板凸台根部区域出现了断裂剪切带。提出的方法为调角器的结构强度校核提供指导。

摘要：目的研究双模铝基复合材料连续区(Continuous Region,CR)和非连续区(Discontinuous Region,DR)力学性能对材料整体力学性能的影响规律,以深入了解双模铝基复合材料的强韧化机理。方法基于Abaqus模拟软件,以双模CNT/Al为研究对象,建立了构型尺度的代表性体积单元(RVE)模型,采用gtn(Gurson-Tvergaard-Needleman)模型来描述双模CNT/Al中CR和DR的变形力学行为,通过定义力学性能参数来简化描述CR和DR复杂的力学性能。针对双模CNT/Al的CR和DR,分别设定力学性能参数HC和HD,并进行一系列的拉伸载荷模拟,研究HC和HD对双模复合材料整体力学性能的影响规律。通过与真实双模CNT/Al的力学性能进行对比,得到双模CNT/Al中CR和DR力学性能与均匀材料力学性能的差异,最后对双模CNT/Al在变形过程中的应力分布情况和断裂后的形貌进行分析。结果当HC小于4时,双模CNT/Al的抗拉强度随HD的增大而下降;当HC大于5时,双模CNT/Al的抗拉强度随HD的增大而增大;双模CNT/Al的屈服强度随着HD和HC的增大而增大,延伸率随着HD和HC的增大而降低。当HD或HC一定时,在HC=HD时,模型材料的延伸率最大。典型双模CNT/Al由“粗晶铝合金+CNT/超细晶Al复合材料”构成,与均匀结构的粗晶铝合金相比,其构型中粗晶铝合金的强度显著提升、塑韧性显著下降;与均匀结构的CNT/超细晶Al相比,其构型中的CNT/超细晶Al复合材料的强度小幅降低、塑韧性小幅提升。当HD大于HC时,裂纹优先在DR产生;当HD小于HC时,裂纹优先在CR区产生;当HD和HC接近时,裂纹产生的区域更加分散。结论建立了一种双模铝基复合材料的有限元模型,从数值上说明了双模CNT/Al复合材料微区与均匀材料的力学性能存在显著差异,为双模铝基复合材料的设计提供了参考。

摘要：目的建立可靠的模拟方法,以更高效地预测颗粒增强铝基复合材料(PRAMC)粉末热等静压中的形状变化和不同部位致密度的差异,解决传统实验试错方法适用性差且费时费力的问题,满足批量应用的需求。方法以45%(体积分数)SiCp/6092Al复合材料为研究对象,构建了能预测粉末热等静压成形过程的有限元模型。使用Gurson-Tvergard-Needleman(gtn)模型作为粉末本构模型,建立了粉末尺度的代表性体积单元(RVE)对gtn模型进行修正。结果通过对比gtn模型计算结果与实验结果,发现修正后的gtn模型能更准确地预测模型的最终变形尺寸,与修正前相比,相对误差降低了1.6%~2.9%。使用修正后的gtn模型对杯形回转体零件的热等静压成形过程进行预测,最终形状的计算结果与实验结果的相对误差仅为0.2%~3.1%,致密度分布的相对误差在0.5%以内。在探究包套厚度对热等静压过程的影响时发现,随着包套厚度的增大,热等静压过程中的屏蔽作用增强,内部粉体致密度下降。结论为PRAMC热等静压近终形制备的形状和致密度控制问题提供了有限元预测工具,辅助优化了热等静压工艺和包套设计,降低了颗粒增强铝基复合材料热等静压近净成形过程开发的试错成本。

摘要：建立了从细观损伤角度预测拼焊板成形极限的Gurson-Tvergaard-Needleman(gtn)损伤模型,用有限元逆向法确定了损伤模型中的各损伤参数。采用有限元软件ABAQUS耦合基于Mises屈服准则的弹塑性gtn损伤模型,对拼焊板半球凸模胀形过程进行了数值模拟。设计了拼焊板半球凸模胀形物理试验,试验过程中通过改变试件的宽度得到了不同应变状态下完整的拼焊板成形极限图,并与gtn细观损伤模型预测到的拼焊板成形极限图进行对比分析,验证了gtn细观损伤模型预测拼焊板成形极限图的准确性。

摘要：为解决核反应堆堆内空间有限而导致的辐照监督试样短缺问题,采用试样重组技术可利用有限的夏比冲击试样获得更多冲击数据,为核电厂的延寿提供数据支撑。本研究采用反应堆压力容器材料Ni-CrMo-V钢,分别在母材、焊缝和热影响区位置选材制备夏比冲击试样。结果表明,冲击试样在上平台区产生最大的塑性变形,而热影响区选材的上平台断头具有最大的塑性变形区,其长度约为8.5 mm。因此,Ni-CrMo-V钢重组试样的插入段最大长度应不大于19 mm。采用gtn模型模拟冲击过程与试验结果偏差小于5%,可有效用于冲击试样变形区长度的模拟。

摘要：在结构轻量化需求日益增长的背景下,轻质高强度金属板材被广泛用于汽车制造、航空航天等领域。金属板材在成形中是否会发生破裂失效,是冲压工艺设计最为关注的指标点。材料的破坏与其在大变形过程中的损伤演化有关,从宏观角度来看,材料的损伤可通过模量衰减进行描述。综合采用拟流动角点理论和gtn损伤模型,对高强度硼钢22MnB5的变形行为进行了仿真研究。分别采用gtn损伤模型、拟流动角点理论结合gtn损伤模型、经典Mises本构模型得到样件拉伸曲线,开展对比研究,分析了拟流动角点理论对破裂预测结果的影响,表明拟流动角点理论充分考虑了材料在变形中的模量弱化效应。进一步,开展样件在多应力状态下的半球胀形实验与仿真预测,印证了该方法对板材变形特征与破裂预测的适用性,对金属板材成形工艺的优化改进具有指导意义。

摘要：为了改善金属微型管件在液压成形过程中的成形性能,设计了一套可轴向补料的微型管件液压成形装置,来研究轴向补料对直径Φ2 mm,壁厚0.3 mm的304微型管件液压成形性能的影响。在微型管件自由胀形实验中通过采用不同加载路径来考察不同补料量对微型管件自由胀裂压力的影响规律。实验结果发现,轴向补料能显著提高微型管件的胀破压力,胀破压力的分布表现出显著的尺度效应。另外,采用gtn细观损伤模型对微型管件自由胀形试验进行数值仿真,结果表明轴向补料能够显著提高微型管件的成形能力。

摘要：对16MnR钢在韧脆转变区进行了夏比冲击试验,利用有限元分析软件ABAQUS考虑了冲击过程中高应变率对基体材料的强化效应,并耦合延性损伤gtn模型对转变区的夏比冲击试验进行了数值模拟研究。对比试样断面上的延性裂纹扩展长度发现,gtn模型的预测结果是可接受的。通过有限元模拟获得了试样在冲击过程中各时刻的力学场,研究了在延性裂纹扩展过程中裂纹尖端应力应变场的变化规律和应变率分布规律。模拟分离得到夏比冲击功AKV包含的各部分能量,发现在冲击过程中塑性功消耗占绝大部分。