本文選題：塑性成形　切入點(diǎn)：不均勻度　出處：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：金屬塑性成形一般都屬于不均勻流動(dòng)變形。這是由于邊界條件、坯料形狀和摩擦等因素引起的坯料各部分應(yīng)力分布不均勻,從而導(dǎo)致應(yīng)變分布不均勻引起材料流動(dòng)不均勻。這種情況的不均勻塑性變形可以通過以材料內(nèi)部均勻?yàn)榧俣ǖ倪B續(xù)介質(zhì)力學(xué)進(jìn)行求解。然而,材料本身不是理想均勻連續(xù)的,存在晶粒分布不均、空洞、組織偏析、冶金缺陷等,因此材料呈現(xiàn)力學(xué)性能不均勻,另外坯料加工表面不可避免地具有幾何尺寸不均勻。在塑性不穩(wěn)定流動(dòng)階段,由于力學(xué)性能不均勻和幾何尺寸不均勻的必然存在,材料變形在最薄弱環(huán)節(jié)優(yōu)先發(fā)展,由此坯料內(nèi)部的真實(shí)流動(dòng)和自由邊界的實(shí)際發(fā)展,與傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)所預(yù)測的金屬塑性不均勻流動(dòng)是存在差異的。隨著以輕量化、綠色制造和近凈成形為目標(biāo)導(dǎo)向的現(xiàn)代塑性精密成形技術(shù)的發(fā)展,需要對金屬真實(shí)塑性流動(dòng)行為能夠準(zhǔn)確清晰地描述。但是,力學(xué)性能不均勻和幾何尺寸不均勻難以通過現(xiàn)有手段精確表征,而且在塑性流動(dòng)過程中也是不斷發(fā)展變化的,其對塑性不均勻流動(dòng)的影響是無法通過以連續(xù)介質(zhì)力學(xué)為基礎(chǔ)的現(xiàn)有理論工具給出合理解釋的。基于此,本文力圖提出考慮力學(xué)性能不均勻和幾何尺寸不均勻因素的金屬真實(shí)塑性不均勻流動(dòng)行為的定量分析方法,即嘗試?yán)幂d荷行程曲線來判斷金屬塑性不均勻變形程度。為分析便捷,本文以最簡單的受力情況——金屬棒試樣的單向拉伸頸縮過程為研究對象,首先從力學(xué)狀態(tài)方程出發(fā)建立金屬不均勻變形程度與試驗(yàn)變量(載荷、伸長量)一一對應(yīng)的力學(xué)關(guān)系,從而奠定本文研究的理論基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上,分別提出有限元反推和力學(xué)求解法兩種分析手段,均以金屬棒試樣真實(shí)拉伸載荷曲線為判斷依據(jù),給出金屬單向拉伸頸縮后真實(shí)不均勻塑性變形的定量結(jié)果。最后,通過金屬棒試樣單向拉伸的動(dòng)態(tài)光學(xué)測量,對定量分析結(jié)果予以驗(yàn)證。主要研究成果如下:(1)為定量描述試樣頸縮不均勻塑性變形程度,分別從試樣整體變形和局部最小細(xì)徑出發(fā),定義兩種不均勻度的表征方法。(2)在金屬材料性能、試樣規(guī)格尺寸、試驗(yàn)條件和邊界條件等固定的前提下,金屬單向拉伸頸縮后塑性不均勻程度與試驗(yàn)變量(載荷、伸長量)存在一一對應(yīng)的力學(xué)關(guān)系,即拉伸載荷曲線上任意一點(diǎn)均與金屬試樣唯一的不均勻塑性變形幾何形態(tài)相對應(yīng),由此可以通過金屬拉伸變形過程中載荷伸長量曲線來判斷塑性不均勻程度。(3)通過扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)獲取金屬在大應(yīng)變范圍內(nèi)的硬化曲線,作為后續(xù)有限元模擬和力學(xué)分析的材料模型輸入。(4)提出單向拉伸不均勻塑性變形的有限元反推定量分析方法,即設(shè)置不同尺寸的初始缺陷,應(yīng)用有限元軟件模擬金屬棒試樣單向拉伸,獲取不同的拉伸載荷曲線以及相對應(yīng)的塑性變形不均勻度的模擬樣本,然后與真實(shí)試樣拉伸載荷曲線進(jìn)行比對,確定相應(yīng)的塑性變形不均勻度。(5)提出單向拉伸不均勻塑性變形的力學(xué)求解定量分析方法,即始終以試樣中間待變形比例(待變形長度占最小截面平行段長度的比例)作為未知量,基于硬化方程、力平衡和幾何位移關(guān)系進(jìn)行力學(xué)求解,通過不斷迭代逼近于真實(shí)拉伸載荷曲線,最終確定拉伸過程中的塑性變形不均勻度。(6)基于金屬試樣拉伸過程動(dòng)態(tài)光學(xué)測量結(jié)果計(jì)算的試樣塑性不均勻度,與有限元反推和力學(xué)迭代分析求得的塑性不均勻度雖在數(shù)值上存在一定偏差,但是變化趨勢基本一致,由此可驗(yàn)證本文所提出的塑性不均勻變形定量分析方法的正確性。
[Abstract]:This paper presents a quantitative analysis method for the non - uniform flow behavior of metals , which is based on the theory of continuous medium mechanics . ( 4 ) The finite element method for quantitative analysis of non - uniform plastic deformation of one - way tensile non - uniform plastic deformation is proposed .

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG115.52

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本文編號：1700179