5754-H111铝合金板材成形极限实验及数值模拟

为适应节能减排与轻量化需求,铝合金产品日益受到重视。通过实验与数值模拟方法研究了5754-H111铝合金板材在室温下的成形性能。通过刚模胀形实验,测试获得了成形极限图(FLD),其中平面应变条件下极限应变为0.174。并通过单拉、拉深及胀形实验,得到更实用的板材简易成形极限应力图(FLSD)。根据应变路径的变化,结合有限元模拟得到了FLD预测值,模拟结果与实验结果吻合较好,证明了该方法在预测板材成形极限上的准确性。     

基于二次多项式新本构模型的铝合金搅拌摩擦焊板材成形极限研究

针对铝合金焊缝性能低于母材、现有成形极限分析方法不适宜分析铝合金搅拌摩擦焊板材成形极限的现状,提出了一种基于二次多项式新本构模型的铝合金拼焊板成形极限理论模型。核心思想为利用材料自身的性能差异替代经典M-K理论模型的沟槽假设。针对铝合金硬化指数低、幂指数回归精度差的问题,将二次多项式新本构模型应用于M-K理论模型,最终建立了适合于铝合金搅拌摩擦焊拼焊板的成形极限理论预测模型。对铝合金搅拌摩擦焊板材进行了成形极限实验,并通过XJTUDIC三维数字散斑应变变形测量系统实时测量变形过程中的应变值,得到了铝合金搅拌摩擦焊拼焊板的实验成形极限图。最后对实验结果和理论分析结果进行了对比。相比传统的幂指数本构模型,二次多项式对应力-应变曲线的回归,无论在初试屈服阶段或后期变形阶段均有很好的吻合精度。幂指数最大拟合误差超过12%,而二次多项式的拟合误差小于1%,二次多项式回归模型能很好地拟合铝合金搅拌摩擦焊接接头的应力-应变关系;采用二次多项式本构关系的理论模型能很好地预测铝合金搅拌摩擦焊板材的成形极限,第一主应变的预测误差小于0.01;而幂指数理论模型则导致平面应变状态下的极限应变预测结果明显不准,在相同应变路径下第一主应变的预测误差达0.14。     

6061-T6铝合金板材热冲压成形极限图研究

自行设计并研制了一套获取板材热冲压成形极限图的试验系统,开展了6061-T6铝合金板材在不同应变路径及温度下的成形极限研究,获得了其在25~300℃的成形极限图。使用MSC.MARC软件对6061-T6铝合金板材的热冲压成形进行数值模拟,研究了失稳判断方法对不同温度下成形极限预测的影响。结果表明:6061-T6铝合金在室温下的极限应变值很低,塑性较差;变形温度升高到200℃时,极限应变值平均提高了99.5%;变形温度从200℃升高到300℃时,极限应变值进一步提高了23.5%,其塑性也显著提高。采用最大载荷判断法和应变路径判断法相结合的失稳状态判断准则能准确预测6061-T6铝合金的热成形极限,模拟结果和试验结果吻合较好。     

板料超塑性拉伸失稳研究

基于板料超塑性变形的特点，本文将超塑性变形全过程分为稳定变形、准稳定变形、应变路径漂移和集中性失稳发展四个阶段，依据增量理论，用数值方法建立了一普遍适用的失稳模型。然后在此基础上，依板料发生集中性失稳（ｄε＿２＝０）为许用变形程度的极限，预测了板料超塑变形时的成形极限曲线。对铝合金ＬＹ１２ＣＺ和半硬态黄铜Ｈ６２的超塑性实验研究表明：用本文提出的失稳模型预测的超塑性板料的成形极限与实验结果具有较好的一致性。     

基于应变和应力的1060铝合金板成形极限比较分析(英文)

通过线性和非线性应变路径的板料成形实验,研究1060铝合金的成形极限图(FLD)和成形应力极限图(FLSD)。利用Stoughton方法,基于板料成形实验中测得的应变数据,计算得到了FLSD。结果表明:对于1060铝合金板料,FLD与应变路径是相关的,而FLSD对应变路径却不敏感,所以FLSD可以很方便地作为多道次板料成形的极限准则。通过对比Hill’s48,Hill’s79和Hosford非二次式3种材料屈服准则,分析了它们从FLD到FLSD转换对应力计算的影响,Hosford非二次式屈服准则更适合1060铝合金的FLSD计算。通过与单向拉伸实验数据的比较,材料硬化准则中Voce硬化准则比Swift准则更适合该材料。在MATLAB上开发了由应变到应力的计算以及FLD和FLSD显示的程序,通过输入实验中测得的应变数据可以得出FLD和FLSD。     

应用韧性断裂准则预测板料的成形极限图

将Oyan韧性断裂准则引入数值模拟预测板料的成形极限图(FLD).讨论了各向异性系数对不同应变状态下准则中各项的影响,通过测定单向拉伸和平面应变拉伸的断裂应变确定了准则中的材料常数.模拟凸模胀形实验得到每一时间步应力、应变值,代入韧性断裂准则预测板料的成形极限.应用Oyan韧性断裂准则预测了铝合金A5182-O和SPCC的成形极限图.模拟结果表明,用韧性断裂准则和数值模拟相结合能成功预测板料的成形极限图.     

7475铝合金板蠕变时效成形回弹研究

通过7475-T7351铝合金蠕变拉伸试验优化基于Kowalewski的蠕变时效本构模型材料常数。使用该本构模型进行7475-T7351铝合金等厚板蠕变时效成形有限元分析和回弹预测,研究了板料厚度、蠕变时效时间和模具型面半径对等厚板回弹的影响规律,并进行了试验对比分析,验证了有限元模型回弹预测的准确性。研究结果表明,所建立的蠕变时效本构模型和有限元模型可以较准确预测实际零件的蠕变时效成形过程;板料回弹率随蠕变时效时间延长而减小,随板料厚度增加基本呈线性下降;模具型面半径不同时,等效蠕变应变和蠕变总变形量与模具型面半径成反比。     

工业纯铝板料渐进成形极限图研究

板料渐进成形极限图和传统成形极限图有显著不同,到目前为止尚未有统一的测试方法.提出了一种测试板料渐进成形极限图的方法,成形工具分别沿往复圆弧和交替往复圆弧轨迹运动,对0.9mm工业纯铝板进行渐进成形.板料破裂后,获得了主应变和次应变,建立了该种板料渐进成形极限图.通过板料渐进成形分别成形了一些零件,测量了零件的主应变和次应变并绘制了它的渐进成形极限图.结果表明,所获得的工业纯铝渐进成形极限图能较为准确地预测渐进成形中板料的破裂,测试方法适用于渐进成形极限图的建立.     

TA1纯钛板成形极限图测定及应用

采用机械划线法制作网格,利用通用板料成形性能试验机和网格拓印测量的方法,获得了TA1纯钛板在不同应变路径下的极限应变值,以此数据为基础绘制了TA1纯钛板室温下的成形极限图,并基于最小二乘法对成形极限图进行拟合建立了成形极限图的预测模型。此外,将成形极限预测模型导入到有限元模拟软件中,作为成形破裂的判据,对TA1纯钛板胀形成形的破裂缺陷进行预测,并通过工艺试验对预测结果进行了验证。对比结果表明,采用成形极限预测模型作为破裂判据的有限元数值模拟能够较为精确的预测出TA1纯钛板的极限胀形高度和胀形发生破裂的部位。     

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。     

基于M-K模型的成形极限预测及参数影响

基于M-K沟槽理论,对平面应力状态下各参数对板料的成形极限图的影响进行预测。将常温和高温的两种Swift修正本构引入成形极限的推导中,用Newton-Raphson迭代法求解得到理论预测的成形极限图。分别用5A90铝锂合金和TRIP钢的实际曲线与理论预测进行对比,确定了理论预测的准确性和可行性。基于此,对材料参数应变强化指数n、应变速率敏感性指数m、预应变ε0、温度T对成形极限图的影响进行了预测;同时,将修正的初始不均度引入推导中,结果表明,修正后的本构方程使理论预测更接近于真实的试验曲线。     

板料成形极限应变与极限应力的转换关系

因极限应变构成的FLD受应变路径的影响很大 ,在研究复杂应变路径的成形极限问题时带来极大不便。而以极限应力构成的成形极限应力图FLSD由于不依赖加载应变路径 ,已成为目前研究的热点。本文在分析板料极限应变与极限应力的基础上 ,得出了相互转换的公式 ,针对分散性失稳、凹槽失稳和平面应变漂移失稳等准则 ,进行了不同加载应变路径FLD转换FLSD。结果表明 ,对于同一失稳准则 ,在不同加载应变路径下FLSD几乎为同一条曲线 ,FLSD作为复杂加载路径板料成形极限判据更加方便。     

应用韧性断裂准则预测不同材料的胀形极限

为了准确地预测板料成形极限 ,将韧性断裂准则引入到有限元模拟中。在有限元模拟获得的应力应变场基础上 ,应用韧性断裂准则预测板料断裂的发生。本文应用作者提出的韧性断裂准则及材料常数的确定方法预测了铝合金板和钢板的半球形凸模胀形的成形极限。与实验结果比较表明 ,该方法能在较宽的材料范围内预测胀形成形极限。     

铝板的成形极限数值模拟研究

通过系统地分析板料胀形成形机理，建立金属板料成形的有限元模型。分别设定不同类型和厚度的铝板及钣金尺寸，利用擅长在板料成形领域计算的LS-DYNA3D软件对板料胀形过程进行有限元模拟。并对不同型号，不同厚度铝板的成形极限图进行了分析，结合试验部分进行验证，确认3003铝合金板材的成形极限高于1060铝合金板材，且增加板厚可以提高材料的成型极限。     

汽车结构件内高压成形应力极限分析

由极限应力构成的应力成形极限图(FLSD)独立于应变路径,可作为复杂应变路径下成形极限的判据。通过标准成形极限实验获得3A21铝合金板材的成形极限图(FLD);由极限应力应变转换关系,将极限应变转换至主应力空间,建立对应的FLSD;采用LS-DYNA软件对方截面汽车结构件内高压成形过程进行了模拟,应用FLSD预测胀形过程中破裂的发生及极限成形压力。模拟结果与物理实验结果相吻合,证明FLSD可作为管材内高压成形等复杂应变路径下成形极限的判据。     

基于数值模拟的铝合金成形极限图获取及其应用

本文以5083-O铝合金为例,提出了一种基于数值模拟的铝合金板材成形极限图(FLD)的获取方法。通过设计合理的加载方式,可以获取板材在不同变形路径下失效时对应的极限主应变。将本文获取的FLD应用于高速动车组司机室曲面覆盖件的冲压成形,预测了3组不同棱线半径下试验件的成形效果。在1600t油压机上进行试验验证,试验件成形后的失效方式及失效位置和预测结果相吻合。本文的研究可为板材成形极限的获取和成形效果预测提供理论依据。     

数字图像相关法在薄板成形极限测定中的应用

成形极限曲线可展现板料在塑性失稳前所能达到的最大变形程度,是板料成形分析中的重要判据。为获得准确的试验成形极限曲线,该文通过刚性半球凸模胀形试验、采用数字散斑图像相关方法对AA6061铝板的成形极限曲线进行测定,得出了成形极限试验测定和极限应变提取的方法;通过对AA6061铝板进行盒形件拉深试验,建立拉深过程的有限元模型,比较了数值模拟和试验测定的极限拉深深度。比较结果表明,数字图像相关方法能够有效获取变形过程中的全场应变信息、搜索临界破裂状态,且能采用曲线拟合方式计算极限应变,避免了人为误差,提高了测量精度。拉深试验表明,所测成形极限曲线对拉深极限具有较高的预测精度。     

Ti-15-3钛合金橡皮成形的摩擦因数(英文)

用网格应变自动测量分析系统测量Ti-15-3钛合金板料刚模胀形试验的极限应变,并进行拟合以获取Ti-15-3钛合金的成形极限图。通过分析刚模胀形、橡皮胀形、液压胀形等试验的"拉拉"区极限应变,可知橡皮胀形的极限应变最大,接近等双拉时的,橡皮硬度对胀形极限应变的影响很小。用平板摩擦试验初步确定Ti-15-3钛合金与刚模间无润滑无变形条件下的摩擦因数。将试验与有限元模拟结合,分别分析Ti-15-3钛合金刚模胀形及橡皮胀形的应变,确定润滑条件下双拉变形时的Ti-15-3板料刚模间的摩擦因数以及Ti-15-3板料橡皮间的摩擦因数。Ti-15-3板料刚模间的摩擦对成形影响很大,而Ti-15-3板料橡皮间的摩擦对成形的影响则很小。     

流动应力-应变关系对5754O铝合金板成形极限的影响(英文)

为了合理描述单向拉伸试验曲线,给出了一种修正的Swift型流动应力—应变关系。基于两种流动应力—应变关系,采用Yld2000-2d屈服准则计算5754O铝合金板的成形极限应变图(FLD-strain)。通过对比理论和实验结果,发现基于修正的Swift型的应力—应变关系所计算的FLD-strain能够合理地描述实验结果。虽然常用的Voce型应力—应变关系能够精确地描述均匀变形阶段的变形行为,但基于该应力—应变关系计算的FLD-strain明显低于实验结果。结果表明,板料的强化率越高则相应的成形极限也越高。为了描述板料在非均匀变形阶段的变形行为和成形极限,建议了一种用于确定合理的流动应力—应变关系的方法。     

基于Autoform的铝合金引擎盖成形模拟及优化

基于板料成形数值模拟软件Autoform,采用轻量化铝合金成形某车型引擎盖外板,并进行模拟及优化,以成形极限图、减薄率等为优化目标,对相关工艺参数进行调整,优化成形工艺参数与模面形状,可为相关企业的铝合金引擎盖生产提供参考,推进铝合金外覆盖件在汽车轻量化中的应用。