金属塑性成形过程韧性断裂与关键成形工艺过程数值模拟分析

摘要

本文在全面综述金属塑性成形过程已有韧性断裂和脆性断裂的裂纹起裂和扩展准则基础上，指出了目前工程中广泛使用的韧性断裂准则都有其适用的范围和条件，并针对典型材料进行了材料韧性断裂试验和数值模拟仿真，详细研究了目前正在应用的韧性断裂的起裂和扩展准则，总结出新的韧性断裂判断准则并在具体生产和试验中得到验证，同时也指明了新的韧性断裂准则与材料成形过程应力三轴度等参数有直接关系，并随着应力三轴度等参数的变化而调整。 通过数值模拟软件系统全面地研究了汽车铝合金控制臂锻造的全过程，指出了坯料几何形状和预锻过程定位等是造成折叠的主要原因，并对优化后的坯料打弯和预锻过程进行试验和仿真研究，指明了优化后的坯料在成形过程仍然存在开裂等缺陷，并给出了正确锻造该类零件的建议和方法。 在全面掌握主要不锈钢材料高温流动模型、摩擦模型和企业设备等情况基础上，对汽轮机不锈钢叶片成形过程和优化方案进行了详细对比研究，并对其他类型叶片目前生产中出现的问题进行了重点探讨，优化后的工艺经过与实际生产过程对比，总结出明确的成形规律和确定了具体的最优锻造方案，并在新的叶片实际锻造进行了成功的验证。 铝合金型材挤压过程数值模拟是目前金属塑性成形研究领域具有挑战性的课题，其难度主要在于数值模拟技术中的网格处理和求解算法。在充分调研实际生产过程中存在问题的基础上，结合典型的管材和薄壁型材挤压成形过程进行了数值模拟研究，定性地指明了目前生产中存在的问题原因并提出了具体改进的措施，并给出了利用数值模拟方法研究铝合金型材挤压过程中的工艺参数组合等的具体方案。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1金属塑性过程中的韧性断裂与脆性断裂关系

1.2金属塑性成形过程中起裂和裂纹扩展的判据

1.2.1脆性断裂模型的起裂判据

1.2.2韧性断裂模型的起裂判据

1.2.3脆性断裂模型的裂纹扩展判据

1.2.4韧性断裂模型的裂纹扩展判据

1.3模具疲劳失效—低周冲击疲劳裂纹扩展判据

1.4本文研究内容

第二章宏观韧性断裂准则研究

2.1引言

2.2韧性断裂试验与理论研究

2.2.1材料大变形本构关系试验确定

2.2.2韧性断裂试验

2.2.3 FEM数值模拟研究

2.2.4目前常用韧性断裂准则对比研究

2.3韧性断裂准则试验验证

第三章铝合金构件锻造过程数值模拟

3.1引言

3.2典型铝合金锻件锻造过程数值仿真

3.3锻造过程缺陷和坯料优化数值模拟分析

3.3.1预锻定位和折叠缺陷

3.3.2预制坯形状优化方案分析

第四章汽轮机不锈钢叶片锻造工艺过程分析

4.1引言

4.2典型叶片锻造过程数值分析

4.2.1叶片不锈钢材料流动应力模型

4.2.2摩擦模型确定

4.2.3.锻压设备的确定

4.2.4叶片H1029B数值模拟成形过程分析

4.3其他类型叶片锻造过程数值分析

4.3.1 HJ908叶片成形过程仿真分析

4.3.2 R280J1叶片成形过程仿真分析

4.4 DZ1220L叶片锻造过程数值分析

第五章铝合金挤压过程数值分析

5.1引言

5.2铝合金无缝管挤压成形数值分析

5.3散热片型材挤压过程数值分析

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

博士后研究期间发表论文

博士后研究期间主持和参与课题