本文關鍵詞：超聲振動輔助成形本構模型理論及實驗研究

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【摘要】：超聲振動是一種有效的金屬塑性成形輔助技術,在工業(yè)生產(chǎn)中具有很好的應用前景。研究表明,超聲振動能顯著降低成形力、減小摩擦、改善表面質量并提高尺寸精度。但是現(xiàn)有的研究成果大多限于實驗現(xiàn)象的分析,未對前述現(xiàn)象的內在機理進行具體研究。并且由于振動在塑性變形體中的傳播機制及其對被加工材料內部及表面的影響十分復雜,使得該項技術處于嚴重的應用超前、理論滯后的研究現(xiàn)狀。針對上述問題,本文對超聲振動輔助成形機理進行了相關研究,主要研究內容總結如下:基于成形過程中的應力疊加效應和軟化效應,研究超聲振動對材料性能的影響,建立一維狀態(tài)下超聲振動輔助成形材料的本構模型,求解材料在超聲振動下的本構方程顯式表達式,實現(xiàn)基于理論推導的超聲振動輔助成形機理分析。采用6061鋁合金進行超聲振動條件下的單向拉伸力學性能研究,確定6061鋁合金超聲振動輔助成形本構模型的相關參數(shù),并驗證模型的可靠性。結果表明,本文建立的本構模型可以很好的描述超聲振動輔助成形中應力-應變關系特點,并且能夠更準確的揭示線性強化材料在超聲振動下的本構關系。開展傳統(tǒng)靜態(tài)模式、不同振幅條件下全程振動和間歇振動模式下,6061鋁合金的單向拉伸實驗,并對其應力-應變曲線進行研究分析,來驗證建立的超聲振動輔助成形本構模型。實驗發(fā)現(xiàn),全程超聲振動條件下與常規(guī)靜態(tài)條件下,二者的彈性段幾乎重合,即超聲振動對材料的彈性段幾乎沒有影響;隨著載荷的上升,全程振動拉伸下材料的屈服強度明顯降低,材料提前發(fā)生屈服,進入塑性變形階段;在施加超聲振動后,材料的應力狀態(tài)迅速下降,且隨著振動振幅的增加下降量也會逐漸增大;施加振動后,6061鋁合金塑性段線性強化系數(shù)會下降,且隨著振幅的增加,下降程度越大。開展超聲振動率相關實驗,研究超聲振動在不同的拉伸速度下對率相關材料的影響。結果表明,對于率相關材料6061鋁合金,在振幅相同的情況下,隨著應變率的增加,材料的應力狀態(tài)也會上升。結合有限元數(shù)值模擬技術,采用ABAQUS有限元軟件對6061鋁合金的間歇振動拉伸實驗、率相關拉伸實驗和超聲振動率相關拉伸實驗進行模擬,分析施加振動后6061鋁合金的應力和應變變化情況及其特點,并從有限元模型的角度分析應變率效應和超聲振動對材料應力-應變曲線的影響。
【關鍵詞】：超聲振動 應力疊加效應 軟化效應 率相關 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG663
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 引言13-14
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀14-23
• 1.2.1 超聲振動輔助成形在塑性成形中的應用14-18
• 1.2.2 超聲振動輔助成形相關理論研究18-21
• 1.2.3 應變率效應研究21-23
• 1.3 課題的主要研究內容23-25
• 第二章 超聲振動輔助成形本構模型建立25-35
• 2.1 引言25
• 2.2 超聲振動輔助成形機理研究25-26
• 2.2.1 應力疊加效應25-26
• 2.2.2 軟化效應26
• 2.3 常見粘彈塑性模型26-29
• 2.3.1 Maxwell模型26-27
• 2.3.2 Kelvin模型27
• 2.3.3 賓漢模型27-28
• 2.3.4 粘彈塑性模型28-29
• 2.4 超聲振動輔助成形本構模型29-34
• 2.4.1 應力疊加效應影響下應力應變關系29-32
• 2.4.2 軟化效應影響下應力應變關系32-34
• 2.5 本章小結34-35
• 第三章 超聲振動輔助成形本構模型實驗研究35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 實驗方案35-38
• 3.2.1 實驗材料35-36
• 3.2.2 實驗方案36-38
• 3.3 實驗現(xiàn)象與分析38-41
• 3.3.1 靜態(tài)與全程振動結果對比38
• 3.3.2 全程振動與間歇振動結果對比38-39
• 3.3.3 不同振幅軟化效果對比39-40
• 3.3.4 不同振幅線性強化系數(shù)對比40-41
• 3.4 超聲振動輔助成形本構模型驗證41-43
• 3.5 本章小結43-45
• 第四章 率相關材料本構模型研究45-57
• 4.1 引言45
• 4.2 應變率對材料性能的影響45-46
• 4.3 率相關模型46
• 4.4 實驗方案46-47
• 4.4.1 實驗材料46
• 4.4.2 實驗方案46-47
• 4.5 率相關模型研究47-52
• 4.5.1 率相關模型的建立47-49
• 4.5.2 率相關模型的驗證49-52
• 4.6 超聲振動輔助成形率相關模型研究52-55
• 4.6.1 超聲振動輔助成形率相關模型的建立52-54
• 4.6.2 超聲振動輔助成形率相關模型的驗證54-55
• 4.7 本章小結55-57
• 第五章 超聲振動輔助拉伸數(shù)值模擬技術研究57-69
• 5.1 引言57
• 5.2 有限元數(shù)值模擬理論57-58
• 5.3 超聲振動輔助拉伸模擬58-65
• 5.3.1 有限元模型58-59
• 5.3.2 材料模型59
• 5.3.3 間歇振動拉伸模擬59-61
• 5.3.4 模擬結果分析61-65
• 5.4 率相關拉伸模擬65-67
• 5.5 超聲振動率相關拉伸試驗模擬67-68
• 5.6 本章小結68-69
• 第六章 結論與展望69-71
• 6.1 結論69-70
• 6.2 展望70-71
• 參考文獻71-79
• 致謝79-81
• 攻讀碩士學位期間已發(fā)表或錄用的論文81

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 孫瑞雪;徐磊;趙文博;;不同應變速率下5083鋁合金的拉伸性能及斷口形貌[J];輕金屬;2012年08期

2 郭偉國;田宏偉;;幾種典型鋁合金應變率敏感性及其塑性流動本構模型[J];中國有色金屬學報;2009年01期

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本文編號：1004323