基于理論計(jì)算和數(shù)值模擬的5086鋁板溫成形性能研究及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.pdf

1、隨著全球變暖和能源問題的日益突出，能耗低、污染少、燃料經(jīng)濟(jì)性高的汽車越來越受歡迎，汽車輕量化已成為世界汽車工業(yè)的發(fā)展主題。鋁合金由于密度小、比強(qiáng)度和比剛度較高等優(yōu)點(diǎn)，是汽車輕量化的最佳材料。但是相比于鋼，鋁合金在常溫下的塑性較差，成形相對困難，這極大的制約了它的廣泛應(yīng)用。研究表明，在不改變合金成分的基礎(chǔ)上，溫成形工藝可以有效改善鋁合金板的塑性成形能力。本文針對5086鋁合金板料，利用理論計(jì)算和數(shù)值模擬方法研究了溫成形條件下溫度和應(yīng)變速率

2、對AA5086成形性能的影響規(guī)律，并對所得結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　本文首先借助單向拉伸實(shí)驗(yàn)研究了AA5086在不同溫度（20，150和200℃）和應(yīng)變速率（0.02，0.2和2s-1）下的流變行為，并利用三種本構(gòu)模型（修正的Voce、Ludwick和KHL模型）對其流變行為進(jìn)行了描述?；贛arciniak-Kuczynski(M-K)模型，結(jié)合以上三種耦合了溫度和應(yīng)變速率影響的本構(gòu)模型及Hil148屈服準(zhǔn)則，本文開發(fā)了計(jì)算板料

3、成形極限的M-K模型算法。在所得M-K算法計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，研究了縮頸判斷準(zhǔn)則、初始凹槽角度、本構(gòu)模型、屈服準(zhǔn)則以及初始缺陷系數(shù)對板料成形極限的影響。研究發(fā)現(xiàn)不同應(yīng)變路徑下初始凹槽角度對板料極限應(yīng)變的影響規(guī)律不同:當(dāng)應(yīng)變路徑在0-0.4之間時，成形極限總是在凹槽角度為零時得到。而當(dāng)應(yīng)變路徑不在0-0.4之間時，極限應(yīng)變非常依賴于初始凹槽角度，因此文獻(xiàn)中假定初始角度為零所得到的極限應(yīng)變高估了板料的真實(shí)成形性能。
　　為了驗(yàn)證本文所開

4、發(fā)算法的可靠性，本文通過Marciniak雙向拉伸實(shí)驗(yàn)獲得了AA5086在不同溫度(20-200℃)和應(yīng)變速率(0.02-2s-1)下的成形極限。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與M-K算法計(jì)算結(jié)果的對比表明，在本文所覆蓋的溫度和應(yīng)變速率范圍內(nèi)，Ludwick方程和KHL方程的預(yù)測結(jié)果總體上能夠與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。而由于修正Voce模型的硬化飽和特性影響了縮頸區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變演化，Voce方程的預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間有較大誤差。
　　其次，本文采用數(shù)值模擬

5、方法研究了高應(yīng)變速率(2.5-150s-1)下溫度和應(yīng)變速率對AA5086成形性能的綜合影響。為了獲得高應(yīng)變速率下準(zhǔn)確的材料本構(gòu)模型，本文利用一套高溫動態(tài)單向拉伸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)獲得了AA5086在高應(yīng)變速率下的流變行為，并基于所得數(shù)據(jù)構(gòu)建了一種材料應(yīng)變強(qiáng)化與溫度呈線性關(guān)系的Voce本構(gòu)模型（簡稱Lin-Voce模型），在考慮塑性功熱效應(yīng)和試樣不均勻變形的基礎(chǔ)上利用逆向分析方法確定了材料參數(shù)。利用所得的Lin-Voce本構(gòu)模型，本文對高應(yīng)變速率

6、下的Marciniak雙向拉伸實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行了模擬并獲得了高應(yīng)變速率下AA5086的成形極限圖。分析發(fā)現(xiàn)，對鋁合金板料溫成形工藝而言，鋁合金板料成形性能的改善取決于溫度和應(yīng)變速率的相互影響。低應(yīng)變速率時溫度的軟化作用占據(jù)主導(dǎo)作用，溫度的升高會提高板料的成形性能。而在動態(tài)拉伸條件下溫度的熱軟化作用會被應(yīng)變硬化作用所抵消甚至超過，導(dǎo)致成形性能下降。因此，要想在高應(yīng)變速率條件下改善5086鋁合金板的成形性能，成形溫度至少要升高到大于300℃的某