運用熱-力耦合有限元法對SiCp/2009Al復(fù)合材料進行了熱軋模擬,研究了復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的軋制成型過程、溫度場、變形場及應(yīng)力場分布,得到了軋制過程中表面和中心區(qū)域的溫度、應(yīng)力、應(yīng)變以及應(yīng)變率的變化曲線,從而可以更好地理解復(fù)合材料的熱軋機理.模擬結(jié)果表明:在軋制入口處,最大主應(yīng)力由壓應(yīng)力向拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變,與出口處變化規(guī)律相反.在軋制穩(wěn)定階段,變形區(qū)的最大主應(yīng)力則以壓應(yīng)力為主;軋板表面的熱傳遞溫降效應(yīng)遠(yuǎn)大于摩擦溫升效應(yīng),而軋板中心溫度主要由塑性變形溫升效應(yīng)控制;此外,在軋制入口和出口處,應(yīng)變率對流動應(yīng)力的貢獻起主導(dǎo)作用;在軋板變形區(qū),軋板表面的流變應(yīng)力主要由應(yīng)變和溫度決定,但表面黏著區(qū)是由應(yīng)變率控制;軋板中心的流動應(yīng)力在變形區(qū)主要受溫度影響. 

【文章來源】：金屬學(xué)報. 2015,51(07)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

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果和討論2.1穩(wěn)定極限值的控制將顯式動態(tài)過程應(yīng)用于軋制準(zhǔn)靜態(tài)問題時,在其固有的時間尺度上分析是不切實際的,且需要大量小的時間增量,故需采取一些加速模擬的方法[24,25],所以準(zhǔn)靜態(tài)分析的一個重要目的是在保持慣性力的影響不顯著的前提下用最短的時間進行模擬.Abaqus/Explicit軟件主要是通過穩(wěn)定極限值的大小來控制總的增量步數(shù),進而控制模擬計算時間.Δt≤min(Lelcd)(13)cd=ρλ+2η(14)d=Smax(1Lelλ+2ηρ)(15)式中,Lel為單元特征長度,cd為材料波速,ρ為材圖2SiCp/2009Al復(fù)合材料的顯微結(jié)構(gòu)Fig.2InitialmicrostructureofSiCp/2009Alcomposites周麗等:SiCp/Al復(fù)合材料熱軋過程的有限元模擬891

?力明顯減小.當(dāng)網(wǎng)格尺寸繼續(xù)減小時,軋制力變化不顯著.圖4為平均軋制力隨網(wǎng)格尺寸的變化規(guī)律.可以看出,平均軋制力表現(xiàn)出強烈的網(wǎng)格依賴性,當(dāng)網(wǎng)格尺寸減小到約1mm時,平均軋制力開始趨于穩(wěn)定,故本工作整體網(wǎng)格種子密度設(shè)定為1.由式(15)可知,當(dāng)材料和網(wǎng)格密度一定時,可以通過縮短時間周期和增大材料密度來減少增量步,即提高加載速率和質(zhì)量.由于SiCp/2009Al復(fù)合材料是率相關(guān)材料,當(dāng)模型參數(shù)隨應(yīng)變率變化時,若人為地提高加載速率會改變分析過程,只有通過合理的質(zhì)量縮放才能在既提高計算效率的同時又保證模擬的準(zhǔn)確性.如圖5所示,將軋板厚度方向上不同位置的等效應(yīng)力作為質(zhì)量縮放指標(biāo),驗證質(zhì)量縮放對計算結(jié)果的影響.圖6顯示了不同質(zhì)量縮放系圖3不同網(wǎng)格尺寸下軋制力隨時間變化曲線Fig.3Changesofrollingforcewithtimeunderdifferentmeshsizesd圖4軋制力隨網(wǎng)格尺寸變化曲線Fig.4Changesofrollingforcewithmeshsize圖5選取路徑圖Fig.5Pathselectedinthestrip0.30.60.91.21.51.82.1580060006200640066006800Rolingforce/NGlobalmeshsize/mm圖6質(zhì)量縮放因子對等效應(yīng)力的影響Fig.6Effectofmassscalingfactorwonequivalentstress表1SiCp/2009Al復(fù)合材料熱物理性能[22,23]Table1Thermo-physicalpropertiesofSiCp/2009Alcomposites[22,23]Thermo-physicalparameterYoung'smodulusEPoisson'sratioνDensityρThermalconductivityKCoefficientofthermalexpansionφSpecificheatcpValue1010.34281817517.2×10-6900UnitGPakg·m-3W·m-1·℃-1℃-1J·kg-1·℃-1Coloronline0.00.30.60.91.21.51.80100020003000400050006000700

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于真實微觀結(jié)構(gòu)的SiCp/Al復(fù)合材料軋制過程模擬[J]. 闞盈,劉振剛,張士宏,張立文,程明,宋鴻武.  稀有金屬. 2015(04)
[2]旋轉(zhuǎn)速度對（WC+B4C）p/6063Al復(fù)合材料攪拌摩擦焊接頭力學(xué)性能和微觀組織的影響[J]. 汪山山,毛昌輝,楊劍,梁秋實,孫波.  稀有金屬. 2012(01)
[3]塑性有限元在金屬軋制過程中應(yīng)用的進展[J]. 劉相華.  金屬學(xué)報. 2010(09)
[4]中厚板軋制過程中軋制力變化有限元模擬[J]. 喻海良,矯志杰,劉相華,趙憲明.  材料與冶金學(xué)報. 2005(01)



本文編號：2992617