兵器材料科學(xué)與工程：超塑脹形過(guò)程中空洞損傷演變的數(shù)值模擬
2022-10-06【作 者】向毅斌;吳詩(shī)惇;陳敦軍
金屬材料在特定的組織結(jié)構(gòu)、變形溫度和速度條件下，可以呈現(xiàn)出極高的延伸率和很小的變形抗力。這種現(xiàn)象稱(chēng)之為超塑性。由于超塑性狀態(tài)下金屬材料表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)異的變形性能。超塑成形日前已成為解決難變形問(wèn)題和成形形狀復(fù)雜零件的有效手段，廣泛應(yīng)用于航空、航天、兵工、船舶、汽車(chē)等眾多工業(yè)部門(mén)。然而．由超塑性變形機(jī)理知．空洞的形核、長(zhǎng)大、聚合及連接是超塑成形材料中普遍存在的組織變化特征?？斩吹淖饔靡环矫嬉饝?yīng)變軟化效應(yīng)，一方面導(dǎo)致金屬材料變形性能及成形零件機(jī)械性能的降低，這給成形零件特別是受力構(gòu)件的使用可靠性帶來(lái)了巨大的威脅[1]。因此，對(duì)超塑成形過(guò)程中空洞損傷演變的規(guī)律進(jìn)行研究以減少其對(duì)超塑成形的不利影響就顯得尤為重要。
針對(duì)空洞對(duì)變形的耦合影響及其演變規(guī)律，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)建立了許多數(shù)值模型[2-8]。然而前述模型大都未能綜合考慮空洞形核、長(zhǎng)大、聚合及連接的影響，直接應(yīng)用于超塑成形過(guò)程必然產(chǎn)生相應(yīng)的誤差。為了真實(shí)地反映空洞損傷行為，基于連續(xù)損傷力學(xué)，吳詩(shī)悖等人[9]提出了超塑性成形中空洞損傷演變方程。本文即根據(jù)該損傷演變方程，采用剛粘塑性有限元法耦合計(jì)算了超塑脹形過(guò)程中金屬板科內(nèi)部空洞損傷演變規(guī)律，給出了脹形件內(nèi)空洞體積分?jǐn)?shù)的分布情況，研究了空洞對(duì)超塑脹形的影響。本文計(jì)算時(shí)考慮了應(yīng)變硬化和厚向異性，其研究結(jié)果對(duì)指導(dǎo)超塑脹形實(shí)際工藝設(shè)計(jì)具有重要意義。
【結(jié)束語(yǔ)】
超塑性材料一般為空洞敏感型材料。超塑成形過(guò)程中空洞的演變和發(fā)展會(huì)降低超塑性材料的成形能力，劣化成形零件的機(jī)械性能。而對(duì)于超塑脹形這類(lèi)高溫、模腔封閉、變形機(jī)制復(fù)雜的金屬成形問(wèn)題，常規(guī)方法測(cè)試分析困難，成本高。準(zhǔn)確性差，效果難如人意。本文基于有限元數(shù)值模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)]了超塑性材料空洞損傷演變的數(shù)值模擬。為實(shí)際成形工藝規(guī)范的制定提供了有效手段。本文的計(jì)算模型可推廣到其他超塑成形問(wèn)題。
以下是正文：
