面向制造的鋁合金材料失效準則建模與應用研究.pdf

1、在全球化競爭環(huán)境下，復雜產(chǎn)品性能指標不斷提升，對制造質(zhì)量提出越來越高的要求。如轎車覆蓋件沖壓成形中要求產(chǎn)品尺寸精度達到±0.5mm，在飛機大型薄壁件制造中要求尺寸精度達到±0.125mm。計算機仿真技術(shù)是替代實驗的高效、快捷、可靠的手段。工業(yè)產(chǎn)品的日益復雜化，工作環(huán)境的多樣化使得制造商越來越多地依靠仿真技術(shù)來修改和完成工程設(shè)計。
　　 在金屬塑性成形與加工過程中，難以避免地會產(chǎn)生材料的失效。在仿真中需要建立失效準則以準確反映材料

2、的損傷與斷裂失效，進而指導工藝優(yōu)化設(shè)計。建立合理實用的失效準則試驗方法，開展深入的失效準則理論研究一直是研究的重點和難點。本文以鋁合金板溫成形、航空鋁合金切削加工過程為研究對象，開展失效準則建模研究，旨在突破鋁合金板溫成形與航空鋁合金切削加工技術(shù)發(fā)展的瓶頸問題，指導典型制造過程的工藝設(shè)計。
　　 在借鑒和吸收國內(nèi)外先進研究成果的基礎(chǔ)上，研究面向制造的材料失效準則建模理論，建立溫成形中鋁合金板成形極限理論預測方法，建立切削加工中航

3、空鋁合金的失效準則，并分別應用于溫成形和切削加工仿真。主要研究工作如下:
　　 (1)面向典型制造過程的材料失效準則建模理論研究
　　 面向制造的材料失效準則理論研究成果十分豐富，但這些理論成果分散于各類文獻中，對各類失效準則的總結(jié)和比較，對其預測效果的比較研究很少;缺乏對失效準則理論基礎(chǔ)進行系統(tǒng)、詳細的總結(jié)。通過查閱文獻，在國內(nèi)外前沿研究成果基礎(chǔ)上，系統(tǒng)總結(jié)材料失效準則建模理論基礎(chǔ)，選取應用和影響廣泛的流動應力試驗測試

4、方法、流動應力模型和屈服準則進行介紹，對其特點進行對比和討論。介紹幾種拉伸失穩(wěn)理論建模方法，結(jié)合NUMISHEET'2008標準考題公開的材料力學性能和成形極限試驗數(shù)據(jù)，對它們的預測效果進行對比研究。
　　 (2)溫成形中綜合考慮溫度、應變率的鋁合金板失效準則建模方法研究
　　 對溫成形中鋁合金板的失效準則，相關(guān)研究集中于如何引入溫度對成形極限的影響，目前缺乏綜合考慮溫度、應變率影響的理論計算方法。通過對Backofen

5、型流動應力模型進行擴展，建立耦合溫度、應變率的鋁合金板力學性能描述方法;結(jié)合M-K理論和Loga-Hosford屈服準則，建立綜合考慮溫度、應變率影響的鋁合金板成形極限預測方法，通過與試驗數(shù)據(jù)的比較，驗證理論預測方法的正確性。將理論計算的成形極限作為失效判據(jù)應用于杯形件溫成形仿真，將仿真結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)進行對比，驗證所建立的理論預測方法的正確性和實用性。
　　 (3)切削加工中航空鋁合金的失效準則建模方法研究
　　 切削加

6、工中材料的失效機理十分復雜，目前相關(guān)研究主要采用建立在以拉應力為主條件下基于微孔洞演化理論的失效準則，缺乏適用于切削典型應力狀態(tài)下的失效準則。通過分析切削條件下航空鋁合金的失效特點與應力狀態(tài)，建立了失效理論模型和失效準則公式;設(shè)計并建立了內(nèi)高壓沖剪斷裂試驗平臺用于模擬切削典型應力狀態(tài)下材料的失效行為，結(jié)合仿真與試驗確定了AA7075-T651航空鋁合金的失效準則參數(shù)。將建立的失效準則用于切削加工仿真，通過對比仿真結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)，驗證所建