一種鎂基納米復(fù)合材料觸變塑性成形本構(gòu)模型的建立方法
【專利摘要】一種鎂基納米復(fù)合材料觸變塑性成形本構(gòu)模型的建立方法，首先根據(jù)鎂基納米復(fù)合材料的觸變塑性成形實驗所得的數(shù)據(jù)，得到應(yīng)力σ、應(yīng)變ε、應(yīng)變速率溫度T、液相率fL、增強(qiáng)相納米顆粒的體積分?jǐn)?shù)fp之間的非線性關(guān)系，同時考慮由于納米顆粒會引起Orowan增強(qiáng)機(jī)制對復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度影響，其本構(gòu)模型由以下式子表達(dá):結(jié)合觸變塑性成形實驗數(shù)據(jù)，通過計算得到本構(gòu)關(guān)系模型中的參數(shù)。本發(fā)明可以準(zhǔn)確的再現(xiàn)觸變塑性成形過程中應(yīng)力應(yīng)變變化，為數(shù)值模擬提供準(zhǔn)確的材料本構(gòu)模型，獲得的模擬結(jié)果精確度高，對于分析鎂基納米復(fù)合材料的觸變塑性成形特性，優(yōu)化成形工藝參數(shù)具有重要的意義。
【專利說明】一種鎂基納米復(fù)合材料觸變塑性成形本構(gòu)模型的建立方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料成形領(lǐng)域，具體涉及一種鎂基納米復(fù)合材料觸變塑性 成形本構(gòu)模型的建立方法。 技術(shù)背景
[0002] 材料的本構(gòu)關(guān)系是指材料性能的數(shù)學(xué)模型，像牛頓粘性定律、胡克定律等屬于力 學(xué)方面的本構(gòu)關(guān)系。半固態(tài)金屬觸變塑性成形的本構(gòu)關(guān)系，即半固態(tài)材料在觸變塑性成形 過程中的真實應(yīng)力值隨變形溫度、液-固相率、真實應(yīng)變及應(yīng)變速率等因素的變化關(guān)系。它 是半固態(tài)金屬成形過程數(shù)值模擬的重要前提，同時對半固態(tài)金屬觸變成形技術(shù)的開發(fā)和應(yīng) 用也有重要的指導(dǎo)意義。
[0003] 目前，常用的本構(gòu)關(guān)系模型有下面兩種：統(tǒng)計本構(gòu)關(guān)系和唯象本構(gòu)關(guān)系。統(tǒng)計本 構(gòu)關(guān)系則是建立在原子和分子模型描述的微觀機(jī)制上，側(cè)重于描述變形過程的微觀組織演 變，這種模型有一定的局限性，因為很難精確的描述材料的微觀機(jī)制；而唯象本構(gòu)關(guān)系指的 是用數(shù)理統(tǒng)計方法或者人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所建立的應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變速率等可以宏觀測定的物 理量間的關(guān)系，其中不涉及到有關(guān)原子和分子結(jié)構(gòu)等等微觀機(jī)制，雖然這帶有一定的經(jīng)驗 性，但是卻很實用。所以，唯象本構(gòu)關(guān)系比統(tǒng)計關(guān)系相對簡單實用，更利于實際工程上的應(yīng) 用。
[0004] 從現(xiàn)有技術(shù)報道的得知，大量的研究主要集中于基體合金在熱變形溫度和半固態(tài) 溫度區(qū)間的本構(gòu)關(guān)系的研究。近些年來，發(fā)展出了一種利用高能超聲制備納米顆粒增強(qiáng)復(fù) 合材料的方法，因納米粒子粒徑小，表面能高，易于團(tuán)聚，高能超聲振動時產(chǎn)生的聲空化和 聲流效應(yīng)能夠在極短的時間內(nèi)同時改善增強(qiáng)體在基體中的潤濕與分散，且對溶體合金無污 染，是一種較為理想的制備金屬基納米復(fù)合材料的方法。然而目前還沒有關(guān)于建立金屬基 納米復(fù)合材料觸變塑性成形本構(gòu)模型的方法的報道。由于觸變塑性成形過程，變形比較大， 使用不準(zhǔn)確的本構(gòu)模型將嚴(yán)重影響數(shù)值模擬的精度。因此，提出一種鎂基納米復(fù)合材料觸 變塑性成形本構(gòu)模型的建立方法，對觸變塑性成形技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意 義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種鎂基納米復(fù)合材料觸變塑性成形本構(gòu)模型的建立方法， 為鎂基納米復(fù)合材料觸變成形數(shù)值模擬提供可靠的依據(jù)。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
[0007] 1)根據(jù)鎂基納米復(fù)合材料的觸變塑性成形實驗所得的數(shù)據(jù)，得到應(yīng)力〇、應(yīng)變 ε、應(yīng)變速率^、溫度Τ、液相率4、增強(qiáng)相納米顆粒的體積分?jǐn)?shù)f p之間的非線性關(guān)系式：
[0008] σ 〇c exp(a + bfp + cfp +d ΓΤ)·εα im · [l - fifL ]*' · [l + {aif fp ] 1
[0009] 式中：〇為應(yīng)力；ε為應(yīng)變；I為應(yīng)變速率；T為溫度；4為液相率；fp為增強(qiáng)相納 米顆粒的體積分?jǐn)?shù)；a，b，c，d，ai和a2為常數(shù)項；η為應(yīng)變硬化指數(shù);m為應(yīng)變速率敏感指數(shù)； β為幾何參數(shù)；α為修正系數(shù)。
[0010] 2)在上述關(guān)系式基礎(chǔ)上，考慮由納米顆粒引起Orowan增強(qiáng)機(jī)制對復(fù)合材料屈服 強(qiáng)度的影響，因此，鎂基納米復(fù)合材料觸變成形本構(gòu)模型表達(dá)為：
[0011] σ = cxp(a + bfp + cf; + d / T)··[l - β/, ]u, · I + (ai')w ./；, [ 1 + (1)
[0012] 式中：a3為常數(shù)；為Orowan增強(qiáng)機(jī)制相關(guān)的增強(qiáng)因子，表示為：
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種鎂基納米復(fù)合材料觸變塑性成形本構(gòu)模型的建立方法，其特征是按以下步驟： 1) 根據(jù)鎂基納米復(fù)合材料的觸變塑性成形實驗所得的數(shù)據(jù)，得到應(yīng)力σ、應(yīng)變ε、應(yīng) 變速率夂溫度Τ、液相率4、增強(qiáng)相納米顆粒的體積分?jǐn)?shù)f p之間的非線性關(guān)系式： σ cr exp(a + bfp + cf^ + <1 / Γ) · ￡* · ?" · [l - jfffs ]"' · 1 + (α?)* fp1 式中：σ為應(yīng)力；ε為應(yīng)變；^為應(yīng)變速率；T為溫度；&為液相率；fp為增強(qiáng)相納米顆 粒的體積分?jǐn)?shù)；a，b，c，d，和a2為常數(shù)項；η為應(yīng)變硬化指數(shù);m為應(yīng)變速率敏感指數(shù)；β 為幾何參數(shù)；α為修正系數(shù)； 2) 在上述關(guān)系式基礎(chǔ)上，考慮由納米顆粒引起Orowan增強(qiáng)機(jī)制對復(fù)合材料屈服強(qiáng)度 的影響，因此，鎂基納米復(fù)合材料觸變成形本構(gòu)模型表達(dá)為： a = cxp(a+bfp +cf}； +?ΙΤ)·εη·?η> -[l + (ai)m /p] ' [1 + ,4,MOTf (1) 式中：a3為常數(shù)；fQMan為Orowan增強(qiáng)機(jī)制相關(guān)的增強(qiáng)因子，表示為：
(2) 式中：b為柏松矢量；dp為增強(qiáng)相納米顆粒直徑；Gm為剪切模量；〇 s為基體材料的屈 服強(qiáng)度；fp為增強(qiáng)相納米顆粒體積分?jǐn)?shù)； 式⑵可簡化為：
(3) 式中：λ為材料系數(shù)；fp為增強(qiáng)相納米顆粒體積分?jǐn)?shù)；dp為增強(qiáng)納米顆粒直徑； 3) 由此可得鎂基納米復(fù)合材料觸變塑性成形本構(gòu)模型： a = CKp(a+lfi>+cf；+dlT)-€-im-[\-fiflf · \ + (α?)，α fp (4) 4) 將式（4)兩邊取對數(shù)，進(jìn)行非線形回歸轉(zhuǎn)化為線形回歸處理，將鎂基納米復(fù)合材料 在半固態(tài)下的觸變塑性成形實驗數(shù)據(jù)代進(jìn)式中后，并對其修正系數(shù)α值進(jìn)行不斷修正，以 使得中的m值與中的m-致。
【文檔編號】G06F17/50GK104156590SQ201410384048
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】閆洪, 邱洪旭, 劉少平, 胡志 申請人:南昌大學(xué)