超聲振動(dòng)輔助成形本構(gòu)模型理論及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、超聲振動(dòng)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(dòng)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，未對(duì)前述現(xiàn)象的內(nèi)在機(jī)理進(jìn)行具體研究。并且由于振動(dòng)在塑性變形體中的傳播機(jī)制及其對(duì)被加工材料內(nèi)部及表面的影響十分復(fù)雜，使得該項(xiàng)技術(shù)處于嚴(yán)重的應(yīng)用超前、理論滯后的研究現(xiàn)狀。針對(duì)上述問(wèn)題，本文對(duì)超聲振動(dòng)輔助成形機(jī)理進(jìn)行了相關(guān)研究，主要研究?jī)?nèi)容總結(jié)如下：

2、>　　基于成形過(guò)程中的應(yīng)力疊加效應(yīng)和軟化效應(yīng)，研究超聲振動(dòng)對(duì)材料性能的影響，建立一維狀態(tài)下超聲振動(dòng)輔助成形材料的本構(gòu)模型，求解材料在超聲振動(dòng)下的本構(gòu)方程顯式表達(dá)式，實(shí)現(xiàn)基于理論推導(dǎo)的超聲振動(dòng)輔助成形機(jī)理分析。
　　采用6061鋁合金進(jìn)行超聲振動(dòng)條件下的單向拉伸力學(xué)性能研究，確定6061鋁合金超聲振動(dòng)輔助成形本構(gòu)模型的相關(guān)參數(shù)，并驗(yàn)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(dòng)輔助成形中應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系特點(diǎn)，并且能

3、夠更準(zhǔn)確的揭示線性強(qiáng)化材料在超聲振動(dòng)下的本構(gòu)關(guān)系。
　　開(kāi)展傳統(tǒng)靜態(tài)模式、不同振幅條件下全程振動(dòng)和間歇振動(dòng)模式下，6061鋁合金的單向拉伸實(shí)驗(yàn)，并對(duì)其應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)行研究分析，來(lái)驗(yàn)證建立的超聲振動(dòng)輔助成形本構(gòu)模型。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，全程超聲振動(dòng)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(dòng)對(duì)材料的彈性段幾乎沒(méi)有影響；隨著載荷的上升，全程振動(dòng)拉伸下材料的屈服強(qiáng)度明顯降低，材料提前發(fā)生屈服，進(jìn)入塑性變形階段；在施加超聲振動(dòng)后，材料

4、的應(yīng)力狀態(tài)迅速下降，且隨著振動(dòng)振幅的增加下降量也會(huì)逐漸增大；施加振動(dòng)后，6061鋁合金塑性段線性強(qiáng)化系數(shù)會(huì)下降，且隨著振幅的增加，下降程度越大。
　　開(kāi)展超聲振動(dòng)率相關(guān)實(shí)驗(yàn)，研究超聲振動(dòng)在不同的拉伸速度下對(duì)率相關(guān)材料的影響。結(jié)果表明，對(duì)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(huì)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(duì)6061鋁合金的間歇振動(dòng)拉伸實(shí)驗(yàn)、率相關(guān)拉伸