航空发动机钣金件多工序连续工艺链式仿真方法研究及实验验证

目的 针对航空发动机上挡溅盘钣金件的多工序成形过程,进行有限元仿真分析与实验验证。方法 以ABAQUS和DEFORM为仿真平台,先采用ABAQUS对钣金件第一道次的拉深回弹过程进行仿真,在此基础上,将第一道次仿真结果导入DEFORM中,作为初始状态进行退火热处理;然后将仿真结果导入ABAQUS中作为初始状态进行第二道次的拉深回弹仿真,重复上一道次的数据传递过程,再进行热处理与第三道次整形模拟,在每一道次拉深成形后对比模拟与实验结果。结果 实现了钣金件在同一软件和不同软件之间几何形状及物理场的数据传递,完成了钣金件的多工序连续工艺仿真成形。第一道次拉深卸载后零件回弹较小,模拟得到的零件几何尺寸与实验结果误差较小,但卸载后零件中有较大残余应力,通过热处理可以很大程度地消除残余应力,增强高温合金后续的成形性能,经过多工序成形仿真后,几何特征尺寸累计误差值略有增大,但仍在可接受范围内。结论 包含中间退火热处理的多工序成形仿真可以较好地描述实验结果,证明了仿真结果的准确性与有效性,可以为改进和优化钣金件的设计及成形过程提供科学指导。     

厚度和晶粒尺寸对高温合金带材起皱性能的影响

起皱失稳是金属薄板塑性成形过程中影响零件成形质量和尺寸精度的主要缺陷之一，而薄板厚度和微观组织对起皱行为的影响规律尚不明确。以不同厚度（0.2~0.25mm）与晶粒尺寸（7.12~88.39μm）的GH4169合金带材为研究对象，开展方板对角拉伸试验，通过对比试验和模拟的载荷位移曲线验证了数值模拟的有效性。基于能量法和数值模拟相结合的方法建立了GH4169带材的起皱极限曲线。结果表明，随着带材厚度方向上晶粒数的减少，GH4169带材起皱极限曲线斜率绝对值下降，更易发生起皱现象。高温合金带材起皱的尺度依赖性是由于厚度方向晶粒数减少，不同晶粒间各向异性增强，材料变形协调能力变弱，抗皱能力变差。     

TA2纯钛板的成形极限

为了探究TA2纯钛板的成形极限,通过电化学腐蚀方法印制网格,在室温下使用BCS-50AR板材试验机分别对厚度为0.5和0.8 mm的TA2纯钛板进行了Nakizima胀形试验。通过网格分析系统采集网格的畸变,获得材料的主、次应变,并绘制了TA2纯钛板在室温下的成形极限图。根据单位体积塑性功相等的原理改进了Hill48屈服准则,并求出了TA2纯钛板对应的各向异性系数。将M-K失稳准则和改进的Hill48屈服准则相结合,对TA2纯钛板的成形极限进行了理论预测,理论预测结果与试验结果基本吻合,但整体略低于试验结果。所做研究对于今后板料成形极限的研究提供了重要的研究方法,并且对实际生产具有着重要的工程应用价值。     

比例/非比例加载路径下5754O汽车用铝合金板各向异性变形行为的精确解析

随着越来越高的汽车轻量化需求,铝合金板在现代汽车工业中的应用越来越广。在不同加载路径下,包括比例和非比例加载,5754O铝合金板在塑性成形过程中具有复杂的各向异性规律。试验表明5754O铝合金板的各向异性规律随变形量的增加会发生改变,因此在常参数屈服准则理论框架下,基于传统的单一曲线假设难以对5754O铝合金板在整个塑性变形过程中的各向异性行为进行精确描述。鉴于上述问题,并同时考虑到大变形过程中材料变形的稳定性,对Yld2000-2d屈服准则进行改进。基于改进的Yld2000-2d屈服准则和单一曲线假设推导不同方向的单向拉伸应力应变曲线,并与试验结果进行了对比。结果表明,与原始的Yld2000-2d屈服准则不同,基于改进的Yld2000-2d屈服准则,传统的单一曲线假设仍然适用于5754O铝合金板各向异性问题。给出不同强化方式在比例加载路径下的统一性和非比例加载路径下的分散性证明。基于改进的Yld2000-2d屈服准则和等向强化和混合两种强化方式,推导非比例加载路径下板料的应力应变曲线。基于试验结果,验证了推导的理论曲线的精度。实现了5754O铝合金板在比例和非比例加载路径下变形行为的精确描述,为其工业应用提供了重要的理论支撑。     

钴基高温合金GH188板材的屈服行为研究

目的 研究钴基高温合金GH188板材在不同应力状态下的屈服行为,并确定适用的屈服准则,为工程应用提供科学指导。方法 通过开展不同方向的单向拉伸试验得到基本力学性能参数,以轧制方向为参考方向,利用其真实应力-应变曲线标定Ludwik本构模型参数;根据国际标准设计十字形试件,利用ABAQUS软件对其等双拉加载进行有限元仿真,然后基于设计的试样对GH188高温合金板料进行不同载荷比例下的双向拉伸试验,并获取屈服点;结合以上数据,采用Mises、Hill48、Barlat89和Yld2000-2d 4种屈服准则对屈服轨迹、r值和应力值进行预测。结果 等双拉过程中,十字形试件中心区应力分布均匀且无切应力,表明试样的设计是合理有效的;4种屈服准则对试验屈服轨迹的平均预测误差相差不大,为(2±0.5)%,但整体而言,Hill48-σ的预测误差最大,Hill48-r和Barlat89屈服准则呈现相似的预测能力,误差约为20%,Yld2000-2d屈服准则预测精度最高,综合误差仅有2.41%,远远小于其他3种屈服准则的预测误差。结论 钴基高温合金GH188板材具有明显的各向异性,Yld2000-2d屈服准则可以精确地描述该材料在复杂应力状态下的屈服行为。