TP304不锈钢毛细管脉冲电流场下塑性拉伸的仿真模拟及实验研究

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TP304不锈钢毛细管,因其自身具备良好的低温强度、耐腐蚀性、表面光整度、热加工性而广泛应用于医疗器械、微型元器件等领域,企业生产为满足大批量、高效率的特点往往采取冷拉伸工艺,然而在毛细管塑性拉伸过程中,由于微观尺寸各向异性、加工硬化等特点,极易在冷拉伸的过程中出现如:应力集中产生断裂、表面褶皱、损伤等不利因素,而在拉伸过程中通入适当参数的脉冲电流可以有效改善毛细管的塑性变形,促进微观状态下的位错滑移进程,防止受到的局部应力集中而导致的拉断,本文通过晶体塑性有限元模拟了脉冲电流场下毛细管在塑性拉伸过程中的微观状态及应力-应变场、温度场、电场变化。初始试样采用某工厂生产的f0.3×0.1mm的TP304不锈钢毛细管,基于Fortran语言在Abaqus软件中进行用户子程序二次开发,提出了脉冲电流场下基于位错密度的晶体塑性本构方程并编写了UMAT子程序,实现了毛细管脉冲电流场下塑性拉伸的有限元模拟。本文的主要内容与结论如下:对比了毛细管电塑性拉伸实验中不同电流密度、频率、拉伸速率三因素变化下的应力-应变曲线、温度及等效电流密度值,分离了不同因素条件下脉冲电流作用的纯电塑性效应及焦耳热效应,为脉冲电流场下基于位错密度的晶体塑性本构方程参数的确定提供量化基础。在晶体塑性理论的基础上,重新构建并提出了脉冲电流场下基于位错密度的晶体塑性本构方程,该本构基于热-电-力多场耦合下微观状态的演变,通过与第三章毛细管整体拉伸实验的应力-应变曲线相拟合,确定了本构方程的参数。在建立了TP304不锈钢毛细管脉冲电流场下塑性拉伸的有限元模型并确定了模拟方案后,输出了不同电流密度值、拉伸速率条件下的应力-应变场、温度场、电场、位错密度场分布云图及散点极图,最后,对比并分析了不同条件下各个输出场的变化原因。
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