面向制造的鋁合金材料失效準(zhǔn)則建模與應(yīng)用研究.pdf

1、在全球化競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，復(fù)雜產(chǎn)品性能指標(biāo)不斷提升，對(duì)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(dá)到±0.5mm，在飛機(jī)大型薄壁件制造中要求尺寸精度達(dá)到±0.125mm。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是替代實(shí)驗(yàn)的高效、快捷、可靠的手段。工業(yè)產(chǎn)品的日益復(fù)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(jì)。
　　 在金屬塑性成形與加工過程中，難以避免地會(huì)產(chǎn)生材料的失效。在仿真中需要建立失效準(zhǔn)則以準(zhǔn)確反映材料

2、的損傷與斷裂失效，進(jìn)而指導(dǎo)工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)。建立合理實(shí)用的失效準(zhǔn)則試驗(yàn)方法，開展深入的失效準(zhǔn)則理論研究一直是研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。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(duì)象，開展失效準(zhǔn)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(dǎo)典型制造過程的工藝設(shè)計(jì)。
　　 在借鑒和吸收國內(nèi)外先進(jìn)研究成果的基礎(chǔ)上，研究面向制造的材料失效準(zhǔn)則建模理論，建立溫成形中鋁合金板成形極限理論預(yù)測(cè)方法，建立切削加工中航

3、空鋁合金的失效準(zhǔn)則，并分別應(yīng)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(zhǔn)則建模理論研究
　　 面向制造的材料失效準(zhǔn)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(xiàn)中，對(duì)各類失效準(zhǔn)則的總結(jié)和比較，對(duì)其預(yù)測(cè)效果的比較研究很少;缺乏對(duì)失效準(zhǔn)則理論基礎(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)、詳細(xì)的總結(jié)。通過查閱文獻(xiàn)，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(zhǔn)則建模理論基礎(chǔ)，選取應(yīng)用和影響廣泛的流動(dòng)應(yīng)力試驗(yàn)測(cè)試

4、方法、流動(dòng)應(yīng)力模型和屈服準(zhǔn)則進(jìn)行介紹，對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)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(biāo)準(zhǔn)考題公開的材料力學(xué)性能和成形極限試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)它們的預(yù)測(cè)效果進(jìn)行對(duì)比研究。
　　 (2)溫成形中綜合考慮溫度、應(yīng)變率的鋁合金板失效準(zhǔn)則建模方法研究
　　 對(duì)溫成形中鋁合金板的失效準(zhǔn)則，相關(guān)研究集中于如何引入溫度對(duì)成形極限的影響，目前缺乏綜合考慮溫度、應(yīng)變率影響的理論計(jì)算方法。通過對(duì)Backofen

5、型流動(dòng)應(yīng)力模型進(jìn)行擴(kuò)展，建立耦合溫度、應(yīng)變率的鋁合金板力學(xué)性能描述方法;結(jié)合M-K理論和Loga-Hosford屈服準(zhǔn)則，建立綜合考慮溫度、應(yīng)變率影響的鋁合金板成形極限預(yù)測(cè)方法，通過與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較，驗(yàn)證理論預(yù)測(cè)方法的正確性。將理論計(jì)算的成形極限作為失效判據(jù)應(yīng)用于杯形件溫成形仿真，將仿真結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證所建立的理論預(yù)測(cè)方法的正確性和實(shí)用性。
　　 (3)切削加工中航空鋁合金的失效準(zhǔn)則建模方法研究
　　 切削加

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