【摘要】：隨著航空航天工業(yè)的發(fā)展以及對產(chǎn)品輕量化日趨嚴(yán)格的要求,以鋁、鈦以及鎂合金等為代表的輕合金在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。熱塑性成形是輕合金產(chǎn)品制造的重要途徑,而充分認(rèn)識(shí)宏觀成形條件和細(xì)觀組織結(jié)構(gòu)對熱成形力學(xué)行為的綜合影響,具有重要的理論與實(shí)踐價(jià)值。本文利用Gleeble熱模擬試驗(yàn)機(jī)對Al 7050和Ti-6Al-4V兩種材料在寬泛的變形條件下進(jìn)行了熱模擬實(shí)驗(yàn),得到材料在高溫塑性變形過程中的應(yīng)力應(yīng)變曲線;以此為基礎(chǔ),建立了Johnson-Cook(JC)本構(gòu)模型和帶有應(yīng)變修正的Arrhenius(A-type)雙曲正弦本構(gòu)模型;將兩種本構(gòu)模型耦合到DEFORM 3D有限元軟件中,從應(yīng)力情況、應(yīng)變分布、整體變形等方面綜合分析了不同模型在有限元模擬中的表現(xiàn)。其次,利用晶體塑性理論和有限元模擬結(jié)合的方法,分析和探討了多晶體材料在細(xì)觀角度下的力學(xué)行為表現(xiàn)。主要結(jié)論如下:①兩種材料在高溫壓縮變形中,流變應(yīng)力隨著變形溫度的升高而減小,隨著變形速率的提高而增大,具有明顯的熱致軟化現(xiàn)象和速度敏感性。②JC模型對流變應(yīng)力的直接解析式預(yù)測精度較低;而帶有應(yīng)變補(bǔ)償?shù)腁-type本構(gòu)模型具有更高的預(yù)測精度,即使在實(shí)驗(yàn)擬合數(shù)據(jù)之外,也能很好地反映實(shí)際流變行為。③針對熱模擬實(shí)驗(yàn)的圓柱體鐓粗過程,現(xiàn)有理論方法計(jì)算得到的試樣表面正應(yīng)力σz分布存在很大差異,但利用上述本構(gòu)模型進(jìn)行數(shù)值模擬的應(yīng)力值和解析計(jì)算結(jié)果具有很好的一致性;不考慮應(yīng)變補(bǔ)償?shù)腁-type本構(gòu)模型的應(yīng)力直接預(yù)測結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果的吻合程度低于JC模型。此外,本構(gòu)方程對圓柱體熱鐓粗過程金屬材料的整體流動(dòng)變形的影響相對較小。④通過對高徑比為1.5的圓柱體鐓粗過程的晶體塑性有限元模擬,發(fā)現(xiàn)在不考慮再結(jié)晶的前提下,晶�？偨缑娴淖兓厔菔请S著變形量的增加先減小而后增大。對于晶體取向具有明顯方向性的多晶材料,由于相鄰晶粒位向較接近,塑性變形時(shí)晶粒之間更容易相互協(xié)調(diào),使得晶界面積增長更快,變形抗力增大;當(dāng)晶粒以等軸晶為主時(shí),隨著變形量增加,晶界界面的面積增加幅度大,位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)在晶界處受阻的可能性增大;晶粒度較大時(shí),晶界處的應(yīng)力集中較為明顯,晶體的變形表現(xiàn)出不均勻性,而晶粒度越小,晶粒界面增加、材料強(qiáng)度提高。
[Abstract]:With the development of aerospace industry and the increasingly stringent requirements of lightweight products, light alloys, such as aluminum, titanium and magnesium alloys, are more and more widely used in the industrial field. Thermoplastic forming is an important way to manufacture light alloy products. It is of great theoretical and practical value to fully understand the comprehensive influence of macro forming conditions and microstructure on the mechanical behavior of hot forming. In this paper, the thermal simulation experiments of Al 7050 and Ti-6Al-4V were carried out under a wide range of deformation conditions by using Gleeble thermal simulation test machine, and the stress-strain curves of the materials during plastic deformation at high temperature were obtained. On this basis, the Johnson-Cook (JC) constitutive model and the Arrhenius (A-type) hyperbolic sinusoidal constitutive model with strain correction are established. The two constitutive models are coupled to DEFORM 3D finite element software, and the performance of different models in finite element simulation is analyzed synthetically from the aspects of stress, strain distribution and global deformation. Secondly, the mechanical behavior of polycrystalline materials in meso-angle is analyzed and discussed by combining the theory of crystal plasticity with finite element simulation. The main conclusions are as follows: 1 during high temperature compression deformation, the flow stress decreases with the increase of deformation temperature and increases with the increase of deformation rate. It has obvious thermal softening phenomenon and velocity sensitivity. The 2JC model has low precision in predicting rheological stress directly. The A-type constitutive model with strain compensation has higher prediction accuracy, and it can reflect the actual rheological behavior well even outside the experimental fitting data. 3 for the upsetting process of cylinder in thermal simulation experiment, The normal stress 蟽 z distribution on the surface of specimens calculated by the existing theoretical methods is very different, but the stress values obtained by numerical simulation using the above constitutive model are in good agreement with the analytical results. The results of direct stress prediction and numerical simulation of A-type constitutive model without strain compensation are lower than those of JC model. In addition, the constitutive equation has relatively little effect on the overall flow deformation of the metal material during the hot upsetting of a cylinder. 4 the crystal plastic finite element simulation of the upsetting process of the cylinder with a ratio of height to diameter of 1.5 is carried out. It is found that the change tendency of the total grain interface decreases first and then increases with the increase of deformation without considering recrystallization. For the polycrystalline material with obvious directionality, the grain boundary area increases faster and the deformation resistance increases because of the close orientation of adjacent grains and the easier coordination between the grains during plastic deformation. When the grain is mainly equiaxed, with the increase of deformation amount, the area of grain boundary interface increases greatly, and the possibility of dislocation movement being blocked at grain boundary is increased. When the grain size is larger, the stress concentration at grain boundary is obvious, and the deformation of crystal shows inhomogeneity. The smaller the grain size is, the more the grain interface increases and the strength of the material increases.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V252.2

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本文編號(hào)：2396543