2219铝合金板材搅拌摩擦焊焊接接头局部力学性能研究

2219铝合金拼焊板焊接接头局部微区力学性能差异大,严重影响拼焊板的整体成形性能,为了构建拼焊板的整体成形损伤模型,预测成形破裂缺陷,有必要对搅拌摩擦焊拼焊板焊接接头的局部力学性能进行研究。针对焊接接头不同微区尺寸小,直接测量难度大的问题,提出显微组织分析与DIC测试相结合测试搅拌摩擦焊焊接接头局部力学性能的方法。首先通过微观组织分析与显微硬度测试相结合的方法确定了2219铝合金焊接接头各微区的形状和尺寸;其次通过DIC分析获得了2219铝合金焊接接头各微区在单向拉伸过程中应变变化情况;最后利用幂指数模型进行拟合,建立了拼焊板焊接接头各微区的局部力学性能模型。     

基于Norton-Hoff粘塑性理论的铝合金拼焊板成形性能预测与实验研究北大核心CSCD

铝合金拼焊板是汽车轻量化技术的重要发展方向之一,其成形性能是关键的性能指标参数。采用基于Norton-Hoff粘塑性理论的有限元方法,模拟了AA5754铝合金拼焊板极限拱顶高度实验的成形过程。分析了成形高度分别为20和29 mm时,铝合金拼焊板中应变和位移的分布情况,预测了AA5754铝合金拼焊板的成形性能。在极限拱顶高度实验中,等效应变沿着成形轮廓线路径呈M形对称分布,最大等效应变出现在冲头与板材接触的边缘位置。有限元预测结果与实验结果有着较好的吻合度,极限拱顶高度实验得出,铝合金拼焊板的LDH值为29.5 mm,断裂位置位于冲头与板材接触的边缘。     

汽车用5754铝合金板成形极限的理论预测与实验研究

基于M-K理论模型,分别使用Von Mises和Logan-Hosford两种屈服准则对5754铝合金"O"态板的成形极限曲线进行了预测,分析了板材的初始厚度不均匀度、屈服函数指数等对板材成形极限曲线的影响规律;通过凸模胀形实验获得了板材的极限应变数据,并与预测曲线进行了对比。结果表明:基于M-K理论模型结合Logan-Hosford屈服准则的预测曲线与实验数据吻合较好。     

铝合金FSW拼焊板塑性变形规律研究

铝合金搅拌摩擦焊拼焊板焊缝各区力学性能的差异导致拼焊板成形时严重的不均匀性,降低了拼焊板的成形性能,极大地限制了铝合金拼焊板的应用。以2024铝合金搅拌摩擦焊拼焊板为研究对象,通过实验和有限元模拟系统研究接头力学性能失配对铝合金拼焊板塑性成形性能的影响规律和机理。对铝合金搅拌摩擦焊接头进行金相检验和硬度测试,根据接头组织及硬度分布特征,将搅拌摩擦焊接头划分为焊核区、热机影响区、热影响区以及母材区4个部分,以此建立搅拌摩擦焊接头的有限元模型,并对接头变形过程中的约束与协调变形规律进行分析。接头变形时拉伸应力在屈服应力最小的区域最低,在屈服应力较大的区域相应升高,且在接头中存在失配比交界处都会发生突变。从形变能的角度分析,这主要是由于力学性能失配而导致变形不协调及相互约束,表现在接头拉伸性能上就是屈服强度及屈服位置、抗拉强度、延伸率随接头各区失配比组合的差异。     

不同形状搅拌头焊接异种拼焊板的成形性分析（英文）

研究采用5种形状搅拌头搅拌摩擦焊接拼焊板。在相同搅拌摩擦焊工艺参数下研究了拼焊板的成形性。研究结果表明,与其他形状搅拌头相比,方形搅拌头制备的拼焊板具有更好的成形性,这是由于方形搅拌头具有搏动效应。显微组织研究表明,与方形搅拌头相比,锥形和阶梯圆柱状搅拌头焊接板材的搅拌区组织更不均匀,导致成形性较差。方形搅拌头的极限顶高为14 mm,而锥形和阶梯圆柱状搅拌的极限顶高分别为12.5 mm和12.4 mm。     

基于人工神经网络的拼焊板成形极限图预测

成形极限图(FLD)是评价金属板材成形能力的重要工具。为快速的建立拼焊板(TWB)成形极限图,建立基于人工神经网络(ANN)拼焊板FLD的预测模型。采用试验设计和有限元法获得训练样本,L-M算法对样本数据进行训练,建立了FLD预测模型并与物理试验结果对比。基于预测模型,分析了摩擦系数对拼焊板最小极限应变的影响。结果表明,基于ANN预测的拼焊板FLD与试验结果吻合,主应变的相对误差最大为8.71%。摩擦系数f对最小极限应变影响较大,f从0增大到0.12时,最小极限应变先增大后减小,并在摩擦系数f=0.06附近出现极小值。     

拼焊板成形性能的理论预测与实验研究（英文）

基于塑性本构关系和Hosfrod屈服准则,当拼焊板焊缝及热影响区金属的弹塑性力学性能已知时,提出一种获得拼焊板成形极限图的理论计算方法。建立获取拼焊板成形极限图的半球凸模胀形物理实验模型,并将物理实验结果与理论计算结果进行对比分析。研究结果表明:拼焊板及其母材成形极限图的理论计算结果与物理实验结果吻合较好;拼焊板的成形极限明显低于母材,说明拼焊板与母材相比,成形性能降低。该理论计算模型为快速准确获得拼焊板的成形极限图提供了一种方法。     

摩擦搅拌针插入深度对双面搅拌摩擦焊AA6061-T913铝合金焊接接头的影响（英文）

铝合金搅拌摩擦焊已应用于多个工业领域。搅拌摩擦焊的焊接接头须具有优异的弹塑性及与基体金属相似的变形性能。在本研究中,将双面搅拌摩擦焊与传统的单面板进行对比。采用具有不同搅拌针长度(搅拌针长度为合金板厚度的50%~95%)的可调节工具对合金板材进行双面搅拌摩擦焊。研究焊接接头的宏观、微观形貌,强度和硬度以确定搅拌针的最佳插入深度。结果表明,当搅拌针长度为合金板厚度的65%时,双面搅拌摩擦焊焊接接头的极限抗拉强度比单面搅拌摩擦焊接接头的极限抗拉强度提高了41%。     

板材充液热成形工艺成形极限预测研究

为了对充液热成形工艺下的金属板材成形极限进行预测研究,采用长轴直径为Φ100 mm,短轴直径分别为Φ100,Φ90,Φ80,Φ60和Φ40 mm的椭圆形胀形模具,在4个不同温度梯度为300℃,210℃,150℃和RT(常温),两个不同压力率0.0045和0.045 MPa·s-1条件下进行铝合金板材热态胀形试验.利用相关极限应变计算公式,对试验数据进行计算和整理,标绘出了试验材料拉-拉变形区的成形极限曲线.结合二次多项式曲线拟合方法,计算出了拟合函数中的材料常数,建立了可用于预测金属材料成形极限、标绘材料成形极限曲线(拉-拉变形区)、指导金属板材热态胀形试验的板材成形极限预测模型方程.     

摩擦对汽车零件拼焊板成形行为影响

为了提高拼焊板成形性能,通过改变成形过程中模具与板料之间的摩擦以控制其成形特征。以极限胀形高度试验为研究对象,采用理论方法分析了摩擦系数对拼焊板成形行为影响的力学机制。结合试验和有限元法研究了摩擦系数对拼焊板极限胀形高度、焊缝移动及应变分布等的影响。结果表明:摩擦系数对拼焊板成形行为有显著影响,随着摩擦系数的增大,极限胀形高度先增大后逐渐减小,而焊缝移动量则一直减小,拼焊板主应变分布逐渐变得均匀;当摩擦系数增大到一定值时,极限应变位置突然从焊缝临近位置转变为距焊缝约30.0mm位置的薄侧母材上,拼焊板失效模式发生了变化。     

摩擦对汽车零件拼焊板成形行为影响

为了提高拼焊板成形性能,通过改变成形过程中模具与板料之间的摩擦以控制其成形特征.以极限胀形高度试验为研究对象,采用理论方法分析了摩擦系数对拼焊板成形行为影响的力学机制.结合试验和有限元法研究了摩擦系数对拼焊板极限胀形高度、焊缝移动及应变分布等的影响.结果表明:摩擦系数对拼焊板成形行为有显著影响,随着摩擦系数的增大,极限胀形高度先增大后逐渐减小,而焊缝移动量则一直减小,拼焊板主应变分布逐渐变得均匀;当摩擦系数增大到一定值时,极限应变位置突然从焊缝临近位置转变为距焊缝约30.0 mm位置的薄侧母材上,拼焊板失效模式发生了变化.     

车用铝合金板材回弹规律研究

在车用铝合金材料的成形加工过程中,回弹是主要的成形缺陷之一并且较难控制。本文对车用6061铝合金板材进行了室温拉伸试验获得其应力-应变曲线并建立改进的Johnson-Cook本构模型。该模型被应用于V形弯曲试验的有限元仿真中,研究不同各向异性屈服准则对板料回弹预测精度的影响,仿真结果表明应用YLD2000-2d屈服准则时其预测精度较高,同时也验证了该模型用于回弹分析的有效性。进一步探究不同因素如变形程度,冲压速度,摩擦条件,压边力等对铝合金板材回弹行为的影响规律,并应用于铝合金发罩内板的冲压成形过程,能够有效减小工件的回弹。     

基于M-K理论的5182铝合金汽车板成形极限预测

5182铝合金因比强度高、成形性能优良,作为轻质材料在汽车覆盖件上得到了广泛应用。成形极限是衡量板材成形性能的重要指标,是冲压模具设计的重要依据。基于M-K理论,采用Voce硬化模型和Barlat89屈服准则,预测5182铝合金板材的成形极限,并与实验数据进行对比。结果表明:在初始厚度不均匀度为0.998时,预测曲线与实验数据吻合程度较好,验证了M-K理论预测成形极限的可靠性。     

铝合金板料多道次成形极限预测研究

为了解决轻量化车身铝合金板料多道次冲压成形有限元仿真的准确性问题,以各向异性铝合金板料在非线性应变路径下的成形极限预测为研究对象,讨论了预变形对后工序成形极限图的影响,研究了获得预变形均匀应变场的试验方法,引入了与应变路径无关的成形极限预测模型,并介绍了PEPS模型的极坐标转换方法,结果表明：成形极限应力图可以更准确地预测轻量化车身铝合金板料二次加载条件下的成形极限,优于目前仅依赖材料供应态FLD模型的有限元分析准确性。     

6016铝合金板成形极限NADDRG模型优化及验证

成形极限曲线是反映材料冲压性能的方法,在选材、工艺优化方面有着重要的应用。使用Nakajima测试法和NADDRG预测模型得到6016铝合金板材成形极限曲线,通过对比发现:采用NADDRG模型预测6016铝合金板材成形极限曲线结果比较接近实际测试的,但实测得到曲线的最低点次应变明显向右偏移,其主应变与预测结果基本一致;曲线最低点的应变路径明显分为两个阶段,第一阶段为双向等拉伸应变状态,第二阶段次应变基本保持不变直至试样失效,故曲线最低点位置发生偏移;笔者针对这一现象对NADDRG模型进行修改,并采用不同厚度的6016铝合金板进行验证,修改后模型预测结果与实测结果更加吻合。     

AA7075高强铝合金热冲压流变行为本构模型对比研究（英文）

在热冲压过程中,AA7075高强铝合金板料经充分固溶后移入室温模具进行冲压成形并淬火。为表征AA7075铝合金在热冲压工艺中的变形行为,在温度200~480℃、应变速率0.01~10s-1范围内进行了高温拉伸试验。基于Arrhenius类型本构模型、Johnson-Cook模型以及Zerilli-Armstrong模型提出了多种修正本构模型,并应用实验所获流变曲线进行了拟合。提出的修正模型通过将模型参数表示为应变、应变速率及温度相关的多项式函数耦合了应变、应变速率及温度对流变应力的影响,并通过均方误差(MSE)以及相关系数R值对模型流变应力预测准确性进行了评价。结果表明,修正的Johnson-Cook模型能够更加准确的预测AA7075高温流变行为。     

AA7075高强铝合金热冲压流变行为本构模型对比研究

在热冲压过程中,AA7075高强铝合金板料经充分固溶后移入室温模具进行冲压成形并淬火。为表征AA7075铝合金在热冲压工艺中的变形行为,在温度200~480℃、应变速率0.01~10s-1范围内进行了高温拉伸试验。基于Arrhenius类型本构模型、Johnson-Cook模型以及Zerilli-Armstrong模型提出了多种修正本构模型,并应用实验所获流变曲线进行了拟合。提出的修正模型通过将模型参数表示为应变、应变速率及温度相关的多项式函数耦合了应变、应变速率及温度对流变应力的影响,并通过均方误差(MSE)以及相关系数R值对模型流变应力预测准确性进行了评价。结果表明,修正的Johnson-Cook模型能够更加准确的预测AA7075高温流变行为。     

拼焊板成形极限研究进展

板料厚度和性质差别以及焊缝的存在改变了传统的单一板材塑性成形中的金属流动规律,使得拼焊板成形极限表现出自己的特点.当前国外学者初步研究了材料厚度比、载荷形式、轧制方向等若干因素对拼焊板成形极限的影响规律;拼焊板的成形极限图目前主要通过实验法建立.拼焊板成形极限的主要影响因素及其影响规律、拼焊板成形极限图的建立方法有待深入研究.     

材料模型对高温Ti-6Al-4V合金理论成形极限图预测的影响（英文）

成形极限图是一种用来描述使板材不发生局部颈缩所需最大主应变的重要图形。它是一种预测板材变形过程中变形极限的方便、有效的工具。本研究中,在400°C和不同样品宽度的条件,通过Nakazima实验得到了Ti-6Al-4V合金的成形极限图。此外,为了使用成形极限图对材料参数进行理论预测,提出了不同的各向异性屈服准则(Barlat 1989,Barlat 1996,Hill 1993)和不同的硬化模型(Hollomon幂定律、Johnson-Cook(JC)模型、改进的Zerilli-Armstrong(m-ZA)和Arrhenius(m-Arr)模型)。结合所提出的屈服准则和本构模型,通过Marciniak和Kuczynski(M-K)理论确定了Ti-6Al-4V合金的成形极限图。结果表明:屈服模型对材料成形极限图的影响大于本构模型的影响。然而,材料的厚度缺陷系数(f_0)与其硬化模型密切相关。Hill(1993)屈服准则最适合于成形极限图右边区域的预测,而Barlat(1989)屈服准最适合于成形极限图左边区域的预测。由于所得到的混合理论成形极限图兼具Barlat(1989)和Hill(1993)屈服模型和m-Arr硬化模型的优点,因此,它与实验得到的成形极限图吻合很好。     

NUMERICAL ANALYSIS ON THE RESIDUAL DISTORTION OF Al ALLOY SHEET AFTER FRICTION STIR WELDING

大尺寸6056铝合金薄板经过搅拌摩擦焊接实验后出现了严重的面外变形,虽然变形程度小于熔化焊结果, 但已经影响到被焊薄 板的装配和使用.为详细研究和预测铝合金薄板在搅拌摩擦焊后的残余变形, 以焊接实验条件为基础, 建立了搅拌摩擦焊接三维有限元 热力耦合分析模型. 模型中涉及了利用搅拌头工作转矩计算热输入量、工件和卡具之间的接触热传导、随温度变化的材料模型, 以及综合 考虑搅拌头机械作用等工作.利用该模型可以得到不对称的纵向残余应力结果, 残余变形的趋势在整块板上都与实验结果相同, 而且变形量和实验测量值之间的误差在20%以内.