應(yīng)力及應(yīng)力場的可視化及其在塑性加工中的應(yīng)用.pdf

1、摘要摘要材料的變形和流動規(guī)律是金屬塑性加工問 題的主要研究內(nèi)容之一，塑性加工力學(xué)的主要研究方法包括解析方法、實驗方法和數(shù)值方法。可視化方法是在上述方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的分析方法。利用該方法不僅可以對理論計算結(jié)果、實驗測量結(jié)果以及數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行直觀顯示和描述，還可以對這些結(jié)果進(jìn)行深入處理和分析。因此，該方法越來越受到塑性加工領(lǐng)域研究人員的重視。本文首先介紹了塑性加工問題的主要分析方法，討論了幾種方法的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)討論了

2、可視化方法的主要研究內(nèi)容及其在塑性加工領(lǐng)域的應(yīng)用，闡述了 研究塑性加工問 題可視化分析方法及其應(yīng)用的意義。首次利用三維圖形描述了過一點(diǎn)不同斜面上正應(yīng)力、剪應(yīng)力的變化，討論了圖形的物理意義及其與應(yīng)變類型、尺寸變化趨勢之間的內(nèi)在聯(lián)系。從不等式、坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)以及數(shù)值計算三種不同角度分析了應(yīng)力摩爾圓的構(gòu)成過程及其用于三維問 題的缺點(diǎn)，給出了能夠形象描述正應(yīng)力、剪應(yīng)力變化的三維圖形。首次給出了描述應(yīng)力空間一點(diǎn)不同 斜面上全應(yīng)力變化的三維圖形，討論

3、了該圖形的物理意義及其與傳統(tǒng)應(yīng)力橢球面的關(guān)系。明確給出了全應(yīng)力、剪應(yīng)力作用方向的確定公式，并給出了八面體剪應(yīng)力和十二面體主剪應(yīng)力的示例。利用正應(yīng)力、剪應(yīng)力三維圖形，對典型平面應(yīng)力問題和軸對稱問題進(jìn)行了分析。通過繪制典型點(diǎn)的正應(yīng)力、剪應(yīng)力圖形，可以非常直觀地判斷材料 的變形類型以 及尺寸變化趨勢等信息， 這為進(jìn)行塑性加工過程分析，特別是在有限元數(shù)值模擬的后處理過程中進(jìn)行變形的分析與控制提供了有效手段。通過實驗方法， 研究了多曲率旋轉(zhuǎn)殼體脹

4、形過程中變形的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，重點(diǎn)分析了曲率對殼體變形規(guī)律的影響。結(jié)果表明，殼體上曲 率為負(fù)的 區(qū)域最容易被鼓出，曲率半徑較大的區(qū)域?qū)⒈还钠鸲骨?率半徑減小，曲率半徑較小的區(qū)域?qū)⒈焕蕉骨拾霃皆黾?。這就將傳統(tǒng)的適用于簡單形狀殼 體 脹 形 的“ 趨 球 原 理” 推 廣 到 具 有 一 般 形 狀 的 封閉 殼 體 的 脹 形。本文還討論了 應(yīng)力 場中 主要 標(biāo)量和矢量的 可 視化方法。利 用靜水 應(yīng)力等值線，分析了變形點(diǎn)的流動與

5、靜水應(yīng)力分布的關(guān)系;通過繪制羅德系數(shù)等值線，分析了靜水壓力對方坯壓縮過程中材料變形類型的影響;通過繪制羅德人b s t r a c tAb s t r a c tA s t h e m a i n p r o b l e m o f p l a s t i c i t y , d e f o r m a t i o n a n d f l o w o f m e t a l s d u r i n gf o r m

6、 i n g p r o c e s s h a s b e e n d e e p l y i n v e s t i g a t e d i n t h e p a s t b y t h e o r e t i c a l , e x p e r i m e n t a l a n d n u m e r i c a l a n a l y s i s . V i s u a l i z a t i o

7、 n i s o n e n e w l y d e v e l o p e dt e c h n o l o g y b a s e d o n t h e s e m e t h o d s , w h i c h c a n b e u s e d t o d e s c r i b e a n d r e p r e s e n tt h e r e s u l t s f r o m s

8、c i e n t i f i c c a l c u l a t i o n , m e a s u r i n g a n d n u m e r i c a l s i m u l a t i o n . I t c a na l s o b e u s e d t o g i v e d e e p i n v e s t i g a t i o n a n d a n a l y s i s t

9、 o t h e s e r e s u l t s . T h e r e f o r e ,m o r e a n d m o r e a t e n t i o n f r o m t h e f i e l d o f m e t a l f o r m i n g h a s b e e n p u t o n t h i ss u b j e c t .T h e m a i n a d

10、 v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f e a c h m e t h o d w e r e d i s c u s s e df i r s t . A n d t h e n t h e m a i n p r o b l e m o f v i s u a l i z a t i o n a n d i t s a p p l i

11、 c a t i o n i n t h e f i e l do f m e t a l f o r m i n g w e r e d e e p l y d i s c u s s e d . T h e m e a n i n g t o d e v e l o p t h i s m e t h o d i nm e t a l f o r m i n g p r o c e s s w a

12、 s p o i n t e d o u t .O n e t h r e e - d i m e n s i o n a l f i g u r e d e s c r i b i n g t h e v a r i a t i o n o f n o r m a l s t r e s s a n ds h e a r s t r e s s o n o n e i n c l i n e d p l

13、 a n e w a s i n t r o d u c e d f o r t h e f i r s t t i m e . T h e p h y s i c a lm e a n i n g a n d t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h i s f i g u r e a n d d e f o r m a t i o n t y p

14、 e a n d s i z ec h a n g i n g t e n d e n c y w a s d i s c u s s e d . T h e c o n s t r u c t i o n o f Mo h r s t r e s s c i r c l e w a s i n t e r p r e t e d b y t h r e e m e t h o d s , i . e ，

15、 i n e q u a t i o n , r o t a t i o n o f a x i s s y s t e m a n dn u m e r i c a l c a l c u l a t i o n . C o n c e r n i n g t h e d e m e r i t o f M o h r s t r e s s c i r c l e f o r t h r e e -d

16、i m e n s i o n a l s t r e s s s t a t e s , o n e 3 - D f i g u r e w a s g i v e n f o r d e s c r i b i n g t h e v a r i a t i o no f n o r m a l s t r e s s a n d s h e a r s t r e s s t o g e t h

17、e r .O n e t h r e e - d i m e n s i o n a l f i g u r e d e s c r i b i n g t h e v a r i a t i o n o f t o t a l s t r e s s o n o n ei n c l i n e d p l a n e w a s i n t r o d u c e d f o r t h e f i

18、r s t t i m e . T h e p h y s i c a l m e a n i n g a n d t h er e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h i s f i g u r e a n d s t r e s s e l l i p s o i d w a s d i s c u s s e d . T h e d i r e c t i o

19、 no f t o t a l s t r e s s a n d s h e a r s t r e s s c o m p o n e n t w a s g i v e n , a n d s h e a r s t r e s s e s o n t h ep l a n e o f o c t a h e d r o n a n d d o d e c a h e d r o n w e r

20、 e g i v e n a s e x a m p l e s .B a s e d o n t h e n o r m a l s t r e s s a n d s h e a r s t r e s s f i g u r e s p r o p o s e d a b o v e , t y p i c a lp o i n t s i n t y p i c a l p l a n e s

21、 t r e s s a n d a x i s y m m e t r i c p r o b l e m w e r e a n a l y z e d . I t i s v e r y s t r a i g h t f o r w a r d a n d e a s y t o d e t e r m i n e t h e d e f o r m a t i o n t y p e a n d

22、 s i z e c h a n g i n gt e n d e n c y o f t h e s e p o i n t s , w h i c h i s v e r y i m p o r t a n t i n m e t a l f o r m i n g a n a l y s i s ,e s p e c i a l l y i n t h e a n a l y s i s a n