基于GTN模型的镁合金异形件SGMF工艺研究

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室温下镁合金塑性低,冲压成形困难。相比于传统刚性模成形,板材固体颗粒介质成形(Solid granules medium forming,缩写SGMF)工艺中所采用的颗粒介质具有流动性好、易密封和耐高温等优点,进而提高板料成形极限。因此展开热态下镁合金复杂截面零件的固体颗粒成形对扩展镁合金的应用具有重要意义。  板料在成形过程中是一个内部损伤逐渐累积的过程,因此分析板料在成形过程中的损伤演化行为可以优化工艺参数条件。GTN(Gruson-Tvergaard-Needleman)损伤模型可以将材料的宏观拉伸过程与材料内部损伤演化联系起来,进而分析和预测材料的断裂行为。将GTN模型引入数值模拟中对后续的试验、生产具有指导意义。  通过镁合金单向拉伸试验,获得了镁合金真实应力应变曲线。采用扫描电镜对镁合金拉伸后试样断口和颈缩位置进行观察分析,并将获得的真实应力应变曲线整理应用到基于GTN模型的ABAQUS有限元软件建立的单向拉伸模型中。结合有限元逆向法和图像分析法确定了GTN损伤模型所需要的参数。  采用试验对镁合金板材与模具、镁合金板材与颗粒介质之间摩擦系数进行了研究,为数值模拟设定接触条件提供了参考。建立了基于GTN损伤模型的镁合金异形件固体颗粒介质成形有限元模型。通过数值模拟不同摩擦系数和压边间隙工艺参数对板料损伤演化规律的影响。预测了成形过程中工件的破裂危险区域,确定了镁合金异形件固体颗粒成形的最佳工艺参数。  通过试验对异形件成形过程进行研究,将试验结果与数值模拟结果对比。结果表明:采用GTN损伤模型所建立的镁合金异形件数值模型可以准确的预测板料在成形过程中的破裂位置,且壁厚变化趋势一致;验证了本文所建立数值模型的正确性。
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