【摘要】：微沖壓成形技術(shù)(Micro-stamping Technology)已成為微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical System,MEMS)零件規(guī)�；a(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一,其產(chǎn)品微型特征尺寸至少在二維方向上處于亞毫米量級(介觀尺度)。介觀尺度微沖壓成形技術(shù)正隨著微機(jī)電系統(tǒng)的飛速發(fā)展和逐步進(jìn)入實(shí)用化,逐漸成為塑性成形領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。微沖裁作為微沖壓成形的典型工藝之一,對后續(xù)沖壓工藝流程及產(chǎn)品質(zhì)量有著重要影響,而基于批量低成本的產(chǎn)業(yè)化需求,介觀尺度薄板微沖裁在微型化的基礎(chǔ)上又面臨著高速化挑戰(zhàn),介觀尺度薄板高速精密沖裁技術(shù)將成為微沖壓成形領(lǐng)域亟待研究的重要課題。本文采用斷裂力學(xué)、計算數(shù)學(xué)、材料學(xué)、人工智能、工程優(yōu)化及預(yù)測等基礎(chǔ)理論、數(shù)值模擬仿真與試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法,從介觀尺度材料性能、沖裁工藝數(shù)值模擬、高速沖裁機(jī)理和沖裁質(zhì)量預(yù)測及控制等方面展開研究,為介觀尺度薄板高速精密沖裁技術(shù)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。本文完成的主要工作和取得的成果如下:(1)系統(tǒng)歸納總結(jié)了介觀尺度微沖壓成形及高速精密沖裁技術(shù)研究的現(xiàn)狀和面臨的問題,分析了介觀尺度薄板高速精密沖裁技術(shù)的應(yīng)用前景及其在應(yīng)用中急需解決的關(guān)鍵問題,提出了相應(yīng)的試驗(yàn)研究和理論分析相結(jié)合的解決方案。(2)采用單軸微拉伸試驗(yàn),研究了介觀尺度薄板在準(zhǔn)靜態(tài)條件下材料力學(xué)性能所表現(xiàn)出的尺寸效應(yīng),建立了耦合特征尺寸及晶粒尺寸的微細(xì)薄板本構(gòu)方程。(3)借助SHTB(Split Hopkinson Tensile Bar,SHTB)試驗(yàn),獲取高應(yīng)變率下材料的動態(tài)力學(xué)性能并構(gòu)建了動態(tài)本構(gòu)關(guān)系,基于位錯運(yùn)動理論對比分析了材料在不同應(yīng)變率條件下的微觀組織演化規(guī)律及宏觀力學(xué)性能變化趨勢。(4)基于表面層理論,將考慮尺寸效應(yīng)的材料模型耦合到動態(tài)本構(gòu)方程中,獲得了介觀尺度薄板高速精密沖裁的動態(tài)本構(gòu)模型;基于DIC(Digital Image Correlation,DIC)方法的韌性斷裂實(shí)驗(yàn)分析,預(yù)測薄板高速精密沖裁過程中的韌性損傷,并建立了耦合溫度效應(yīng)的薄板高速沖裁斷裂準(zhǔn)則;結(jié)合位錯動力學(xué)理論和數(shù)值模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)了涉及耦合尺寸效應(yīng)、應(yīng)變硬化、應(yīng)變率強(qiáng)化及熱軟化效應(yīng)的介觀尺度薄板高速精密沖裁的模擬仿真。(5)在不同速度沖裁實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,利用數(shù)值模擬技術(shù)研究了薄板精密沖裁過程中沖裁速度對最大沖裁力、沖裁斷面的影響規(guī)律,以及薄板高速精密沖裁過程中沖裁斷面的溫度分布。根據(jù)沖裁實(shí)驗(yàn)所獲得沖裁條料,分別利用SEM、TEM、EBSD、顯微硬度計對沖裁斷面形貌及其微觀組織和性能進(jìn)行了表征分析,研究結(jié)果表明在超高速沖裁時(SPM 1500、SPM 3000)沖裁斷面局部區(qū)域因高速變形和絕熱溫升而發(fā)生了絕熱剪切,并伴隨有動態(tài)再結(jié)晶產(chǎn)生。(6)針對介觀尺度薄板高速精密沖裁工藝優(yōu)化中的復(fù)雜關(guān)系,提出一種基于SVM(Support Vector Machine,SVM)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法。借助SVM回歸分析,構(gòu)建工藝參數(shù)與斷面質(zhì)量之間精確的多元非線性回歸函數(shù)模型,并結(jié)合IPSO算法(Improved Particle Swarm Optimization,IPSO)來優(yōu)化SVM的核函數(shù)參數(shù),獲得工藝參數(shù)與沖裁斷面之間的定量關(guān)系,并預(yù)測沖裁斷面質(zhì)量,為介觀尺度薄板高速精密沖裁工藝優(yōu)化及其工程應(yīng)用拓寬了思路。針對微型金屬構(gòu)件常采用的薄板高速精密沖裁技術(shù),為了揭示材料在熱力耦合強(qiáng)場作用下劇烈變形行為的科學(xué)實(shí)質(zhì),圍繞力學(xué)本構(gòu)這一關(guān)鍵科學(xué)問題,本論文開展了高應(yīng)變率下材料動態(tài)力學(xué)響應(yīng)測試及薄板高速沖裁實(shí)驗(yàn)研究。在充分獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與理論支持的基礎(chǔ)上,提出基于IPSO-VSM算法的薄板高速沖裁斷面質(zhì)量預(yù)測模型,實(shí)現(xiàn)高速精密沖裁模擬及沖裁斷面質(zhì)量預(yù)測。本論文研究成果將為高速精密沖裁工藝優(yōu)化與斷面質(zhì)量預(yù)測提供理論依據(jù)及技術(shù)支撐。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG386.2

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本文編號：2276561