宇航學(xué)報：空洞敏感材料軸對稱超塑約束脹形的數(shù)值研究
2023-05-23【作 者】胡平;李運興;陳塑寰
【前 言】
金屬超塑成形由于能夠一次成形出構(gòu)形十分復(fù)雜的構(gòu)件， 已在航天、航空等許多工業(yè)部門中得到 廣泛 的應(yīng)用。超塑材料大多在變形過程 中產(chǎn)生空洞， 并隨變形而擴展。 這種不可逆的損傷演化造成材料的過早斷裂， 影響其成形性及使用性能。 因此， 研究超塑脹形過程中的損傷特性具有十分重要的理論意義和實用價值。
關(guān)于超塑約束脹形過程中損傷與斷裂力學(xué)行為的理論和數(shù)值模擬方面的研究較少[1-3]， 或許是由于變形過程的復(fù)雜性以及數(shù)值計算的不穩(wěn)定性等原因， 目前見到的國內(nèi)外有關(guān)報道不多。 本文將含有變形損傷的本構(gòu)關(guān)系[6-7]，引入大應(yīng)變剛粘塑性有限元模型， 研究了圓形板料向直壁圓柱形凹模內(nèi)超塑約束脹形的力學(xué)特性和操作機制。 重點討論了材料參數(shù)、靜水背壓力、空洞長大速率、 摩擦因子以及模具幾何尺寸對超塑材料約束脹形中厚度分布不均勻性和空洞分布狀態(tài)的影響。
【結(jié) 論】
本文將包含變形操作的本構(gòu)關(guān)系引入大變形膜單元剛粘塑性有限元法， 模擬了空洞敏感材料向直壁圓柱形凹模內(nèi)超塑約束脹形的變形過程， 得出如下結(jié)論：
1、提高靜水背壓力可以抑制空洞生長，改善厚度不均勻性， 增強材料向凹模角部的充填性。 尤其當RD/HP<1.7時， 采用適當背壓力效果更明顯。
2、為保證厚度減薄斷裂先于空洞斷裂，對于初始空洞生長速率D。較大的材料， 適當加大背壓力或選取值較大的材料， 兩者均可有效地抑制空洞長大。 從而提高材料向角部充填性。
3、減小界面摩擦有利于材料向模角的充填、改善厚度不均勻性。 但當摩擦較小時頂部單元拉薄相對增大。
以下是正文：
