超高強(qiáng)度鋼絲拉拔損傷過程模擬分析及扭轉(zhuǎn)性能提升.pdf

1、超高強(qiáng)度鋼絲通過冷拉拔變形獲得了高強(qiáng)度的力學(xué)性能，因此被廣泛應(yīng)用于大跨橋梁等大型建筑工程中。但是，冷拉拔過程使得鋼絲屈服強(qiáng)度提高的同時也使其塑性和扭轉(zhuǎn)等力學(xué)性能降低。多年來隨著生產(chǎn)實(shí)踐中的不斷改良，鋼絲的綜合力學(xué)性能得到了很大的提升，但是扭轉(zhuǎn)性能的改善卻一直不盡如人意。本文從考察拉拔損傷出發(fā)，探究鋼絲冷拉拔過程中的如微孔洞形成及擴(kuò)展等損傷現(xiàn)象及損傷演化過程;分析冷拉拔過程中材料塑性損傷及殘余應(yīng)力分布，以提升鋼絲扭轉(zhuǎn)性能為目標(biāo)，進(jìn)行冷拉拔

2、工藝優(yōu)化分析以提高鋼絲成品質(zhì)量。
　　結(jié)合有限元方法、損傷力學(xué)理論、多尺度模擬方法，建立超高強(qiáng)度鋼絲的拉拔形變過程的數(shù)值模型，分別基于單一尺度和多尺度模擬討論了鋼絲的拉拔形變過程的模擬方法與拉拔損傷演化模型的選擇;分析闡述鋼絲拉拔過程中損傷產(chǎn)生的機(jī)理，建立了含損傷鋼絲多道次拉拔過程中三維有限元模型，以展現(xiàn)鋼絲連續(xù)拉拔中塑性大變形與損傷演化的動態(tài)過程。
　　本文完成的主要工作有:分析在工業(yè)生產(chǎn)中給定的模具頂角、入線直徑和道次壓

3、縮率參數(shù)條件下，超高強(qiáng)度鋼絲內(nèi)部應(yīng)力的變化規(guī)律，以及多道次拉拔過程中金屬材料損傷演化的規(guī)律、扭轉(zhuǎn)性能變化趨勢;提出了損傷評價方法，給出損傷指標(biāo)，用以工業(yè)生產(chǎn)中從損傷的角度評定鋼絲性能;分析鋼絲在拉拔過程中扭轉(zhuǎn)性能變化、損傷演化規(guī)律與材料力學(xué)參數(shù)及拉拔角度之間的關(guān)系;分別建立單一尺度下和多尺度下含損傷鋼絲拉拔過程的數(shù)值模型，討論兩種方法的差異性，并對數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較分析，通過多尺度方法著重觀察鋼絲內(nèi)部損傷程度較嚴(yán)重區(qū)域的損傷演化、應(yīng)力

4、變化等過程。
　　通過研究發(fā)現(xiàn):超高強(qiáng)度鋼絲在經(jīng)歷多道次連續(xù)拉拔過程后，損傷集中發(fā)展在鋼絲中心軸線附近區(qū)域;隨著道次的增加，扭轉(zhuǎn)性能不斷降低;損傷區(qū)域各個節(jié)點(diǎn)的損傷不斷增加，增加程度與道次壓縮率關(guān)系密切;在單一尺度模型下，第一道次拉拔后鋼絲內(nèi)部有損傷區(qū)域的損傷發(fā)展水平也較低，從第二道次開始，鋼絲中軸線附近區(qū)域損傷發(fā)展迅速，損傷最值明顯集中在中軸線上;研究鋼絲的殘余應(yīng)力及損傷分布沿鋼絲徑向分布的規(guī)律發(fā)現(xiàn):Von Mises應(yīng)力呈現(xiàn)先

5、降低后增加的趨勢，損傷隨著距離的增加略微上升后急速下降。
　　探討了鋼絲拉拔工藝參數(shù)和鋼絲胚材的性能參數(shù)對鋼絲成品力學(xué)性能的影響，研究結(jié)果表明:在現(xiàn)有拉拔工藝參數(shù)及鋼絲胚材的性能參數(shù)下，增加模具拉拔頂角、降低孔洞形核時的胚材應(yīng)變平均值參數(shù)、提高孔隙率等措施都會使得鋼絲拉拔后損傷指標(biāo)增加，同時對拉拔后的鋼絲扭轉(zhuǎn)性能不利，其中扭轉(zhuǎn)性能與損傷指標(biāo)對孔隙率參數(shù)最為敏感，鋼絲塑性應(yīng)變的波動程度受孔洞形核時的胚材應(yīng)變平均值參數(shù)影響最大。