超聲振動輔助成形本構(gòu)模型理論及實驗研究.pdf

1、超聲振動是一種有效的金屬塑性成形輔助技術(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)中具有很好的應(yīng)用前景。研究表明，超聲振動能顯著降低成形力、減小摩擦、改善表面質(zhì)量并提高尺寸精度。但是現(xiàn)有的研究成果大多限于實驗現(xiàn)象的分析，未對前述現(xiàn)象的內(nèi)在機理進行具體研究。并且由于振動在塑性變形體中的傳播機制及其對被加工材料內(nèi)部及表面的影響十分復雜，使得該項技術(shù)處于嚴重的應(yīng)用超前、理論滯后的研究現(xiàn)狀。針對上述問題，本文對超聲振動輔助成形機理進行了相關(guān)研究，主要研究內(nèi)容總結(jié)如下：

2、>　　基于成形過程中的應(yīng)力疊加效應(yīng)和軟化效應(yīng)，研究超聲振動對材料性能的影響，建立一維狀態(tài)下超聲振動輔助成形材料的本構(gòu)模型，求解材料在超聲振動下的本構(gòu)方程顯式表達式，實現(xiàn)基于理論推導的超聲振動輔助成形機理分析。
　　采用6061鋁合金進行超聲振動條件下的單向拉伸力學性能研究，確定6061鋁合金超聲振動輔助成形本構(gòu)模型的相關(guān)參數(shù)，并驗證模型的可靠性。結(jié)果表明，本文建立的本構(gòu)模型可以很好的描述超聲振動輔助成形中應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系特點，并且能

3、夠更準確的揭示線性強化材料在超聲振動下的本構(gòu)關(guān)系。
　　開展傳統(tǒng)靜態(tài)模式、不同振幅條件下全程振動和間歇振動模式下，6061鋁合金的單向拉伸實驗，并對其應(yīng)力-應(yīng)變曲線進行研究分析，來驗證建立的超聲振動輔助成形本構(gòu)模型。實驗發(fā)現(xiàn)，全程超聲振動條件下與常規(guī)靜態(tài)條件下，二者的彈性段幾乎重合，即超聲振動對材料的彈性段幾乎沒有影響；隨著載荷的上升，全程振動拉伸下材料的屈服強度明顯降低，材料提前發(fā)生屈服，進入塑性變形階段；在施加超聲振動后，材料

4、的應(yīng)力狀態(tài)迅速下降，且隨著振動振幅的增加下降量也會逐漸增大；施加振動后，6061鋁合金塑性段線性強化系數(shù)會下降，且隨著振幅的增加，下降程度越大。
　　開展超聲振動率相關(guān)實驗，研究超聲振動在不同的拉伸速度下對率相關(guān)材料的影響。結(jié)果表明，對于率相關(guān)材料6061鋁合金，在振幅相同的情況下，隨著應(yīng)變率的增加，材料的應(yīng)力狀態(tài)也會上升。
　　結(jié)合有限元數(shù)值模擬技術(shù)，采用ABAQUS有限元軟件對6061鋁合金的間歇振動拉伸實驗、率相關(guān)拉伸