本文關(guān)鍵詞：材料微觀參數(shù)及工況條件對高精度鋁合金矩形管內(nèi)表面粗糙度演化的影響探究

  更多相關(guān)文章： 高精度鋁合金矩形管 晶體塑性理論 表面粗糙度 最優(yōu)模型尺寸 有限元分析

【摘要】：高精度矩形管被廣泛用于雷達(dá)、導(dǎo)航、航空、無線電通訊等領(lǐng)域,是傳輸微波信號的主要介質(zhì)。由于在使用過程中要求通過它的脈沖信號應(yīng)以極小的損耗被傳送到目的地,因此對其形狀尺寸有很高的要求,特別是其內(nèi)表面質(zhì)量有著極其嚴(yán)苛的要求。目前重慶大學(xué)已經(jīng)很好地解決了尺寸超差、壁厚不均、長邊中部內(nèi)凹、管坯拉斷等質(zhì)量問題,能夠生產(chǎn)出具有高尺寸精度的鋁合金矩形管。但是,其內(nèi)表面質(zhì)量仍然不能完全滿足使用要求,因此仍需要進(jìn)一步研究分析。本文基于晶體塑性理論通過三維有限元分析模型模擬分析了材料參數(shù)和工況條件對表面粗糙度演變的影響,包括晶粒直徑,織構(gòu)類型,接觸壓力和滑動速度,主要內(nèi)容如下:①通過三維Voronoi圖建立多晶體細(xì)觀有限元分析模型,采用統(tǒng)計分析的方法計算出不同平均晶粒直徑下對應(yīng)的最優(yōu)模型尺寸。最優(yōu)模型一方面可以提高計算效率,另一方面可確保包含足夠的材料參數(shù)信息,這為后面的模擬分析提供了良好的條件。②在五種應(yīng)變路徑下模擬分析了不同的平均晶粒直徑對表面粗糙度的影響。結(jié)果表明在五種應(yīng)變路徑下都呈現(xiàn)出晶粒尺寸越小得到的粗糙度值越低的規(guī)律。這主要是因為晶粒尺寸越小,晶界附近和晶粒內(nèi)部的應(yīng)變差值越小,變形就越均勻。因此細(xì)化晶粒是提高變形后工件表面質(zhì)量的有效方法。③分析了不同路徑下織構(gòu)類型對表面粗糙度的影響。發(fā)現(xiàn)在五種應(yīng)變路徑下,S織構(gòu)在變形后得到的表面粗糙度一般都是最大,而立方織構(gòu)和戈斯織構(gòu)往往能得到相對最小的表面粗糙度。這種現(xiàn)象在一定程度上和泰勒因子有關(guān)。模擬結(jié)果表明,S織構(gòu)對變形條件比較敏感,立方織構(gòu)則相對較穩(wěn)定。因此在具有復(fù)雜受力和變形狀況的工藝中,工件不宜出現(xiàn)過多的S織構(gòu)。④建立了具有一定初始粗糙度的三維有限元分析模型,并且基于分析模型研究了不同接觸壓力和滑動速度對表面粗糙度的影響。結(jié)果表明在不同的滑動速度下粗糙度都會表現(xiàn)出隨接觸壓力的增加而減小的趨勢,這主要是由模具的壓平作用導(dǎo)致的。當(dāng)滑動速度在16mm/s-64mm/s之間時,粗糙度表現(xiàn)出隨滑動速度的增加先增加后減小的趨勢。⑤對兩組具有不同晶粒直徑和晶粒取向的Al6061試樣進(jìn)行了單向拉伸實驗,并和模擬結(jié)果進(jìn)行分析對比。實驗結(jié)果和模擬結(jié)果吻合良好,證明了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。⑥通過對磨實驗分析了接觸壓力和滑動速度對試樣粗糙度的影響并和模擬結(jié)果進(jìn)行了對比分析。兩者得到的結(jié)果并不吻合,分析原因主要是由于模擬過程中沒有考慮磨損機理及潤滑性能對粗糙化的影響。因此在之后對于模具和工件接觸問題的模擬分析中應(yīng)該引入摩擦磨損對表面粗糙化的影響,這為今后的模擬分析指明了方向。通過分析摩擦系數(shù)的變化發(fā)現(xiàn),在150N-480r/min附近的重載荷高速條件下界面的摩擦系數(shù)相對最小。本文以高精度鋁合金矩形管為背景,從簡單的變形路徑入手,通過晶體塑性理論分析了多個初始材料參數(shù)和工況條件對表面粗糙度演變的影響,為今后能夠進(jìn)一步解決高精度鋁合金矩形管內(nèi)表面粗糙度問題提供了一定的理論參考。
【關(guān)鍵詞】：高精度鋁合金矩形管 晶體塑性理論 表面粗糙度 最優(yōu)模型尺寸 有限元分析
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG359;TG146.21
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 管材拉拔工藝國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-10
• 1.3 晶體塑性理論的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀10-12
• 1.4 塑性成形表面粗糙度演變的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.5 本文的研究背景、目的及意義14-15
• 2 晶體學(xué)及晶體塑性理論基礎(chǔ)15-26
• 2.1 引言15
• 2.2 晶體學(xué)基礎(chǔ)15-18
• 2.2.1 晶向指數(shù)和晶面指數(shù)15-16
• 2.2.2 晶體取向的歐拉角表示法16-18
• 2.3 晶體塑性理論基礎(chǔ)18-24
• 2.3.1 有限變形的幾何學(xué)和運動學(xué)18-20
• 2.3.2 晶體變形運動學(xué)20-22
• 2.3.3 單晶體的塑性本構(gòu)及硬化模型22-24
• 2.3.4 多晶體塑性變形模型24
• 2.4 晶體塑性本構(gòu)理論在ABAQUS中的實現(xiàn)24-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 3 多晶體細(xì)觀幾何建模及分析模型尺寸的確定26-34
• 3.1 引言26
• 3.2 Voronoi模型簡介26-27
• 3.3 表面粗糙度三維參數(shù)評定27-30
• 3.3.1 三維評定基準(zhǔn)面的建立27-28
• 3.3.2 三維評定參數(shù)及評定方法28-30
• 3.4 細(xì)觀分析模型尺寸的確定30-33
• 3.5 本章小結(jié)33-34
• 4 材料微觀參數(shù)及工況條件對表面粗糙度的影響34-44
• 4.1 引言34
• 4.2 不同應(yīng)變路徑下材料參數(shù)對粗糙度的影響34-39
• 4.2.1 細(xì)觀分析有限元模型邊界條件的確定34-35
• 4.2.2 晶粒直徑的影響35-37
• 4.2.3 織構(gòu)類型的影響37-39
• 4.3 載荷和滑動速度與表面粗糙度演變的關(guān)系39-43
• 4.3.1 三維表面粗糙度的建模39-40
• 4.3.2 載荷和滑動速度對表面粗糙度的影響規(guī)律40-43
• 4.4 本章小結(jié)43-44
• 5 實驗分析及驗證44-60
• 5.1 引言44
• 5.2 單向拉伸實驗44-46
• 5.2.1 拉伸試樣準(zhǔn)備44-45
• 5.2.2 表面粗糙度的測量45-46
• 5.3 單向拉伸實驗與模擬結(jié)果對比分析46-47
• 5.4 對磨實驗47-51
• 5.4.1 材料選擇及熱處理工藝47
• 5.4.2 表面粗糙度及形貌的測量47-48
• 5.4.3 實驗儀器及試樣的制備48-50
• 5.4.4 對磨實驗過程50-51
• 5.5 對磨實驗結(jié)果分析51-57
• 5.5.1 表面粗糙度的演變51-54
• 5.5.2 摩擦系數(shù)的改變54-57
• 5.6 對磨實驗與模擬結(jié)果對比分析57-58
• 5.7 本章小結(jié)58-60
• 6 結(jié)論與展望60-62
• 6.1 結(jié)論60-61
• 6.2 展望61-62
• 致謝62-63
• 參考文獻(xiàn)63-67

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