隨著微小型零件在航空航天、微電子、環(huán)境、通信、汽車、生物等諸多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,使得對介觀尺度加工工藝要求愈來愈高,介觀尺度加工過程中的現(xiàn)象與機理也隨之受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。對于介觀尺度的研究,重點關(guān)注了介觀尺度材料測試和介觀尺度切削,介觀尺度研究并不僅僅是宏觀尺度上尺寸的減小,還存在著尺度效應(yīng),微觀參數(shù)的影響和最小切削厚度等新的理論與工藝問題,因此需要有針對性地從微觀力學(xué)和材料結(jié)構(gòu)方面對其進(jìn)行仿真分析和試驗研究。(1)基于彈塑性力學(xué)理論和位錯動力學(xué),對經(jīng)典的Johnson-Cook(JC)本構(gòu)模型進(jìn)行修正,引入位錯塞積模型并在本構(gòu)中考慮了晶粒尺寸和晶體取向等微觀參數(shù),建立能夠體現(xiàn)尺度效應(yīng)的介觀尺度材料響應(yīng)行為本構(gòu)模型。(2)進(jìn)行介觀尺度材料測試實驗(準(zhǔn)靜態(tài)拉伸實驗,動態(tài)霍普金森壓桿實驗)。采用非標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行材料測試實驗并且采用相應(yīng)的熱處理工藝改變樣件晶粒尺寸大小,最終確定本構(gòu)關(guān)系中各個參數(shù)的值。針對耐熱不銹鋼X8CrNi25-21,建立了適用于介觀尺度的材料本構(gòu)模型。(3)應(yīng)用Fortran語言對ABAQUS有限元軟件的本構(gòu)模型進(jìn)行二次開發(fā),根據(jù)上述建立的本構(gòu)關(guān)系,基于材料力學(xué)中彈塑性理論,完成VUMAT子程序的開發(fā),并將子程序應(yīng)用到ABAUQS中進(jìn)行正確性的驗證。(4)為了驗證建立的介觀尺度本構(gòu)模型的正確性和合理性,采用硬質(zhì)合金刀具對耐熱不銹鋼X8CrNi25-21進(jìn)行微細(xì)切削試驗,同時進(jìn)行切削仿真分析,并將仿真結(jié)果與實驗結(jié)果進(jìn)行對比,完成仿真模型的驗證工作。研究表明,宏觀多晶體材料塑性變形過程中,材料可被看成是均質(zhì)的、各向同性的,其變形行為不僅依賴于試樣尺寸,而且依賴于材料的晶粒尺寸。隨著試樣尺寸的減小或晶粒尺寸的增加,材料的非均勻性增加,各向異性的單個晶粒的屬性對試樣整體變形行為的影響越來越大,具有明顯的試樣尺寸依賴性,并導(dǎo)致其“硬化”效果強于晶�？斩匆鸬摹败浕毙Ч�。在修正的過程中相當(dāng)于增加了一個隨應(yīng)變增大的硬化項,通過介觀尺度材料測試實驗和微切削實驗的仿真分析,修正的JC模型與實驗結(jié)果吻合較好。
【學(xué)位單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TG506
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景與意義
    1.2 耐熱不銹鋼X8CrNi25-21基本特性
    1.3 介觀尺度材料測試研究現(xiàn)狀
    1.4 介觀尺度切削去除機理研究現(xiàn)狀
    1.5 材料特性尺寸效應(yīng)研究現(xiàn)狀
        1.5.1 宏觀尺度金屬切削試驗和有限元仿真現(xiàn)狀
        1.5.2 介觀尺度金屬切削試驗和有限元仿真現(xiàn)狀
    1.6 論文主要研究內(nèi)容與框架
第2章 材料本構(gòu)與有限元仿真
    2.1 材料本構(gòu)與有限元仿真分析原理
    2.2 材料測試與切削仿真建模
        2.2.1 二維有限元仿真建模
        2.2.2 幾何與材料模型
        2.2.3 本構(gòu)模型在有限元中的實現(xiàn)
        2.2.4 網(wǎng)格劃分與網(wǎng)格邊界劃分
    2.3 宏觀尺度有限元仿真分析
        2.3.1 宏觀尺度拉伸有限元仿真分析
        2.3.2 霍普金森壓桿實驗有限元仿真分析
    2.4 本章小結(jié)
第3章 介觀尺度材料響應(yīng)行為分析
    3.1 介觀尺度本構(gòu)模型分析
        3.1.1 介觀尺度本構(gòu)模型推導(dǎo)
        3.1.2 介觀尺度本構(gòu)模型建立
    3.2 用戶材料子程序VUMAT開發(fā)流程
    3.3 子程序應(yīng)力更新算法
    3.4 本章小結(jié)
第4章 介觀尺度材料測試試驗與仿真
    4.1 材料準(zhǔn)靜態(tài)測試試驗
        4.1.1 試樣的設(shè)計與準(zhǔn)備
        4.1.2 實驗方案與結(jié)果
        4.1.3 晶粒尺寸的影響
    4.2 材料動態(tài)測試試驗
        4.2.1 試樣的設(shè)計與準(zhǔn)備
        4.2.2 實驗方案與結(jié)果
    4.3 宏觀尺度和介觀尺度本構(gòu)模型的擬合
    4.4 介觀材料測試仿真分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 介觀尺度切削仿真與試驗驗證
    5.1 直角自由車削實驗
        5.1.1 實驗方案
        5.1.2 試驗參數(shù)及設(shè)備
    5.2 切削力測量結(jié)果
    5.3 仿真模型驗證
    5.4 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 研究內(nèi)容總結(jié)
    6.2 研究成果及創(chuàng)新點
    6.3 材料本構(gòu)模型展望
參考文獻(xiàn)
致謝

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 師超;微切削過程材料的本構(gòu)關(guān)系建模與尺度效應(yīng)仿真[D];華中科技大學(xué);2012年

本文編號：2848895