搓捻成形晶体塑性有限元模拟与实验研究

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Johnnywang03
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材料在塑性变形过程中,织构会对材料的微观组织以及力学性能产生重要的影响。研究晶粒取向变化以及位错滑移等微观塑性变形行为对揭示材料宏观塑性变形的规律具有重要的意义。晶体塑性有限元模拟方法(CPFEM)作为一种研究材料微观形态变化的工具,近年来已经成为相关研究领域的热点。本文以铝1060为研究对象,使用Voronoi方法建立了多晶光滑模型与粗糙模型,在变形过程中对搓捻成形圆棒形工件材料的微观变化进行研究。并对搓捻成形工艺技术进行实验验证。首先,常温下进行拉伸实验,采用模拟拉伸应力应变曲线与实验相逼近的方式得到材料性能参数。使用晶体塑性有限元法研究了单轴拉伸、压缩、轧制简单的加载行为,分析材料塑性变形的不均匀性以及晶界处的应力集中现象。通过实验对模拟过程进行了验证,结果表明采用晶体塑性有限元方法能够预测材料在不同成形下织构的演化。其次,对搓捻成形过程进行研究,给出在实际搓捻成形过程中的运动学公式。对搓捻成形进行晶体塑性有限元模拟,分析位移场研究金属的流动性及端部轴心处形成凹心的原因。研究工件轴向与径向的受力状态,解释搓捻成形工艺预防材料发生颈缩甚至断裂的原因。分析单个晶粒在搓捻成形的应力应变状态变化,研究周期复杂受力行为。采用平均化的方式得到更能真实反映整个材料变形行为的代表性单元应变曲线。绘制剪切应变率曲线对滑移系统的启动与运动进行研究,分析晶粒初始取向与所处位置对滑移系统演化的影响。对单个晶粒取向变化进行研究,变形后取向极点发生离散。由于晶粒间的协调变形,扭转变形后的取向呈片状分布在初始取向附近。最后,通过EBSD测试分析实验数据,测得实验极图与晶体塑性模拟结果相吻合,再次验证晶体塑性有限元法预测织构的准确性。数据表明搓捻成形较普通周向轧制,变形更为均匀,材料性能更加稳定。
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