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一種適用于多道次壓縮的本構(gòu)模型的建立方法與流程

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一種適用于多道次壓縮的本構(gòu)模型的建立方法與流程

本發(fā)明屬于塑性成形的數(shù)值分析領(lǐng)域,更具體地,涉及一種基于應(yīng)力軟化預(yù)測(cè)多道次成形中的流動(dòng)應(yīng)力的方法。



背景技術(shù):

材料的本構(gòu)模型是指材料在加載過(guò)程中流動(dòng)應(yīng)力隨著等效塑性應(yīng)變的變化規(guī)律。目前常見(jiàn)本構(gòu)模型分為兩種,唯像型和物理基本構(gòu)關(guān)系。唯像型本構(gòu)關(guān)系是指,采用數(shù)值分析或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法,分析不同變形條件下流動(dòng)應(yīng)力軟化和硬化行為與累計(jì)塑性應(yīng)變的關(guān)系,建立的一種基于宏觀物理變量的函數(shù)關(guān)系,如變形溫度,應(yīng)變速率和塑性應(yīng)變等。而物理基本構(gòu)關(guān)系是建立在位錯(cuò)密度,彌散顆粒,細(xì)晶,晶界和形核等可測(cè)量的微觀物理量基礎(chǔ)上,推導(dǎo)內(nèi)部應(yīng)力和微觀組織演變的關(guān)系,并利用可測(cè)量的宏微觀變量描述材料整體的流動(dòng)應(yīng)力的函數(shù)。唯像型本構(gòu)關(guān)系相對(duì)物理基簡(jiǎn)單,卻無(wú)法描述發(fā)生復(fù)雜再結(jié)晶行為時(shí)的流動(dòng)應(yīng)力,而物理基本構(gòu)關(guān)系卻過(guò)于復(fù)雜,無(wú)法直接應(yīng)用于實(shí)際的大型復(fù)雜零件的工業(yè)生產(chǎn),因此將兩種本構(gòu)關(guān)系相結(jié)合的本構(gòu)模型對(duì)大型模鍛件的成形質(zhì)量的提升有重要的指導(dǎo)意義。在大型構(gòu)件的模鍛領(lǐng)域,多道次熱成形工藝已經(jīng)成為了最主要的成形手段。它既包含了材料進(jìn)行加載的變形過(guò)程,如自由鍛,制坯和預(yù)鍛等,還包括變形道次之間的等溫?zé)崽幚磉^(guò)程,以提高最終成形工件的整體力學(xué)性能和合格率,整個(gè)過(guò)程遵循等體積法。

近些年來(lái),研究學(xué)者采用物理基和唯像型本構(gòu)關(guān)系對(duì)單道次的熱變形過(guò)程中流變行為建立了大量的模型,并發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)確的本構(gòu)模型對(duì)于實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)和數(shù)值模擬都有巨大的作用。多道次壓縮過(guò)程是一種典型的“加載-卸載保溫-加載”的塑性成形工藝,由于存在卸載過(guò)程,累計(jì)塑性應(yīng)變無(wú)法適用于整個(gè)工序。除此之外,整個(gè)工序涉及了復(fù)雜的再結(jié)晶行為及其引起的應(yīng)力軟化,包括加載過(guò)程中發(fā)生的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶以及卸載保溫過(guò)程中的靜態(tài)再結(jié)晶和亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。因此,建立一種獨(dú)立于累計(jì)應(yīng)變,適用于多道次壓縮過(guò)程的物理基和唯像型結(jié)合的本構(gòu)模型對(duì)于分析材料變形特征,材料流動(dòng)和數(shù)值模擬優(yōu)化成形工藝具有重要意義。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求,本發(fā)明提供了一種預(yù)測(cè)多道次成形中的流動(dòng)應(yīng)力的方法,其目的在于針對(duì)前述問(wèn)題,提供一種測(cè)定多道次壓縮過(guò)程中的本構(gòu)模型的方法,適用于不同的溫度、應(yīng)變速率、卸載應(yīng)變和保溫時(shí)間等實(shí)際變形條件下的本構(gòu)模型預(yù)測(cè),解決現(xiàn)有技術(shù)存在的多道次壓縮帶來(lái)再結(jié)晶引起的應(yīng)力軟件對(duì)原有本構(gòu)模型的影響問(wèn)題。

本發(fā)明提出的一種適用于多道次壓縮的本構(gòu)模型的建立方法包括如下步驟:

一種適用于多道次壓縮的本構(gòu)模型的建立方法,其特征在于,包括如下步驟:

(1)根據(jù)e-m位錯(cuò)密度模型和泰勒公式,并基于熱壓縮模擬試驗(yàn)機(jī)上獲得的單道次壓縮實(shí)驗(yàn)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,也可利用已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,,獲得金屬壓縮棒料在單道次壓縮過(guò)程中的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶軟化百分比模型,并以此計(jì)算單道次壓縮過(guò)程中獨(dú)立于累計(jì)塑性應(yīng)變的本構(gòu)模型;

(2)在熱壓縮模擬試驗(yàn)機(jī)上再次進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn),獲得多道次壓縮實(shí)驗(yàn)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系;控制卸載應(yīng)變和保溫時(shí)間,獲得材料靜態(tài)再結(jié)晶和亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的軟化百分比模型(公式(3));所述多道次壓縮實(shí)驗(yàn)包括“變形-保溫-變形”的過(guò)程;

(3)根據(jù)步驟(2)中獲得不同卸載應(yīng)變和保溫時(shí)間條件下的總軟化百分比,對(duì)步驟(1)中的本構(gòu)模型進(jìn)行修正,修正其初始硬化率和應(yīng)力內(nèi)變量的值,即,使其適用于多道次壓縮過(guò)程;

重復(fù)步驟(1)-(3),得到多道次壓縮過(guò)程中獨(dú)立于累計(jì)應(yīng)變的唯像型和物理基結(jié)合的本構(gòu)模型,即微觀的計(jì)量值和宏觀的應(yīng)力大小結(jié)合。

優(yōu)選地,所述步驟(1)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的軟化百分比模型和單道次壓縮過(guò)程中獨(dú)立于累計(jì)應(yīng)變的本構(gòu)模型的建立方法包括以下幾個(gè)子步驟:

(1-1)取符合國(guó)標(biāo)的壓縮棒料,在不同溫度和應(yīng)變速率條件下,進(jìn)行單道次壓縮實(shí)驗(yàn),得到工程應(yīng)力-工程應(yīng)變曲線,將其轉(zhuǎn)化為不同溫度和應(yīng)變速率條件下的真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變曲線;

(1-2)在得到的各真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變曲線上,獲得該曲線的屈服應(yīng)力σ0,即不同溫度和應(yīng)變速率條件下的屈服應(yīng)力;將該曲線減去屈服應(yīng)力對(duì)應(yīng)的真實(shí)應(yīng)變,實(shí)現(xiàn)屈服應(yīng)變清零,獲得真實(shí)流動(dòng)應(yīng)力-真實(shí)塑性應(yīng)變曲線(流應(yīng)曲線);對(duì)流應(yīng)曲線的真實(shí)塑性應(yīng)變求導(dǎo),得到硬化率θ-真實(shí)塑性應(yīng)變曲線;根據(jù)硬化率θ-真實(shí)塑性應(yīng)變曲線,采取坐標(biāo)變換方法,得到硬化率θ-真實(shí)流動(dòng)應(yīng)力曲線(θ-σ曲線);

(1-3)利用所述θ-σ曲線,得到該曲線的初始硬化率θ0(屈服應(yīng)力對(duì)應(yīng)的硬化率為初始硬化率,屈服應(yīng)力對(duì)應(yīng)的應(yīng)變速率從θ-σ曲線中可以讀出,已知屈服應(yīng)力,對(duì)應(yīng)的硬化率θ-就可以知道),臨界應(yīng)力σcd,飽和應(yīng)力σsat和穩(wěn)態(tài)應(yīng)力σs;所述臨界應(yīng)力σcd是指動(dòng)態(tài)再結(jié)晶開(kāi)始發(fā)生時(shí)的臨界應(yīng)力,表征為θ-σ曲線上拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流動(dòng)應(yīng)力值;飽和應(yīng)力σsat是指當(dāng)不存在應(yīng)力軟化時(shí)最終流動(dòng)應(yīng)力的漸進(jìn)值(也稱收斂值,指當(dāng)橫標(biāo)趨近于無(wú)限大時(shí),流動(dòng)應(yīng)力的大小趨向一個(gè)常數(shù)數(shù)值),表征為θ-σ曲線拐點(diǎn)處的切線與流動(dòng)應(yīng)力軸的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流動(dòng)應(yīng)力值;穩(wěn)態(tài)應(yīng)力σs是指當(dāng)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶造成應(yīng)力軟化時(shí)最終(時(shí)間足夠大條件下)流動(dòng)應(yīng)力的漸進(jìn)值,表征為θ-σ曲線與流動(dòng)應(yīng)力軸的第一個(gè)交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流動(dòng)應(yīng)力值;根據(jù)e-m位錯(cuò)密度模型和泰勒公式,得到任意時(shí)刻t下沒(méi)有發(fā)生應(yīng)力軟化的流動(dòng)應(yīng)力σr的函數(shù):

(1-4)根據(jù)子步驟(1-3)得到的任意時(shí)刻t下沒(méi)有發(fā)生應(yīng)力軟化的流動(dòng)應(yīng)力σr和子步驟(1-2)得到的硬化率θ-真實(shí)流動(dòng)應(yīng)力曲線曲線(θ-σ曲線),計(jì)算獲得各曲線任意時(shí)刻t的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶應(yīng)力軟化百分比xd;

聯(lián)立公式(2)、(3)、(4),采用非線性回歸方法,求出再結(jié)晶速度相關(guān)的常數(shù)kv和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶發(fā)生50%所需的時(shí)間(曲線可以讀出或測(cè)量得到),晶粒大小相關(guān)的常數(shù)d(可通過(guò)對(duì)上述的xd-t曲線非線性回歸計(jì)算),得到溫度相關(guān)的指數(shù)q,熱成形過(guò)程中的變形激活能qd,動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的表面激活能qdrx;q、qd和qdrx為材料固有參數(shù);公式(3)、(4)如下:

其中,式中,tc表示再結(jié)晶發(fā)生的時(shí)間為臨界應(yīng)力σcd對(duì)應(yīng)的時(shí)間,r為摩爾氣體常數(shù),t為當(dāng)前時(shí)刻的溫度;所述臨界應(yīng)力σcd是指動(dòng)態(tài)再結(jié)晶開(kāi)始發(fā)生時(shí)的應(yīng)力;

(1-5)根據(jù)公式(1)、(2)、(3)、(4),得到材料獨(dú)立于累計(jì)塑性應(yīng)變的流動(dòng)應(yīng)力σ的函數(shù)關(guān)系式,即微分方式表達(dá)的本構(gòu)模型:

優(yōu)選地,所述步驟(2)所述靜態(tài)再結(jié)晶和亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的軟化百分比模型的建立方法包括以下幾個(gè)子步驟:

(2-1)取步驟(1)中相同的壓縮棒料,在與步驟(1)相同的應(yīng)變速率和溫度條件下,進(jìn)行單道次壓縮實(shí)驗(yàn)后,隨后卸載保溫一定時(shí)間到不再發(fā)生結(jié)晶后,取不同溫度和應(yīng)變速率再次進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn),得到多道次工程應(yīng)力-工程應(yīng)變曲線,將其轉(zhuǎn)化為不同溫度和應(yīng)變速率條件下的真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變曲線;各次壓縮中,第一次變形量(相對(duì)于原始長(zhǎng)度變形率)范圍取正常國(guó)標(biāo)壓縮試樣的范圍10%-80%(為了計(jì)算得出公式(8)的結(jié)果,至少取六個(gè)前道次卸載應(yīng)變),其余道次壓縮的變形量范圍取15%-35%;各道次應(yīng)變速率范圍和溫度范圍為0.01-10s-1,1173k-1423k;得到獲得多道次壓縮過(guò)程中材料的流應(yīng)曲線;

(2-2)根據(jù)子步驟(2-1)中的各流應(yīng)曲線計(jì)算第一道次壓縮的卸載應(yīng)力值σm,即曲線中第一次驟降的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值,可以直接從圖上讀出;多道次壓縮中第一次壓縮的彈性階段直線偏移2%(沿著橫坐標(biāo)向右平移2%)與在前道次流應(yīng)曲線的交點(diǎn)σ2%,在后一道次壓縮中壓縮的彈性階段直線偏移2%與流應(yīng)曲線的交點(diǎn)σ′2%,根據(jù)下式計(jì)算卸載保溫過(guò)程中各流應(yīng)曲線對(duì)應(yīng)的總應(yīng)力軟化百分比xst并繪制不同卸載應(yīng)變條件下的xst-t曲線:

其中,所述xst包括靜態(tài)再結(jié)晶造成的應(yīng)力軟化百分比xs和亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶造成的應(yīng)力軟化百分比xm;

(2-3)采用下式,計(jì)算i機(jī)制(表示材料受到的軟化機(jī)制,包括靜態(tài)再結(jié)晶和亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶兩種)下保溫時(shí)間為t時(shí)的應(yīng)力軟化百分比xi

其中,i機(jī)制下應(yīng)力軟化百分比時(shí)間常數(shù)ni和造成的應(yīng)力軟化百分比達(dá)到50%所需的時(shí)間是根據(jù)子步驟(2-2)中獲得的各xst曲線,采用非線性回歸分析得出卸載保溫過(guò)程中的再結(jié)晶造成的應(yīng)力軟化方程后,求出當(dāng)保溫時(shí)間足夠長(zhǎng)(再結(jié)晶完全完成)時(shí)得到的;優(yōu)選的,所述xst可表示為靜態(tài)再結(jié)晶軟化和亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶軟化百分比之和,如公式(8)所示,以下的材料參數(shù)ni和都是通過(guò)對(duì)xst-t曲線進(jìn)行非線性回歸計(jì)算獲得。

其中xm,nm和t50m是亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)制的應(yīng)力軟化百分比、時(shí)間常數(shù)和應(yīng)力軟化百分比達(dá)到50%所需的時(shí)間,其中xs,ns和t50s是靜態(tài)再結(jié)晶機(jī)制的應(yīng)力軟化百分比、時(shí)間常數(shù)和應(yīng)力軟化百分比達(dá)到50%所需的時(shí)間。

優(yōu)選地,步驟(3)包括以下子步驟:

(3-1)將步驟(1-2)和(1-3)中獲得的各個(gè)參數(shù)θ0,σcd,σsat、σs和σ0,將公式(3)、(4),代入公式(5),求出前道次壓縮過(guò)程中的獨(dú)立于累計(jì)塑性應(yīng)變的流動(dòng)應(yīng)力曲線。(3-2)利用子步驟(2-2)中的公式(7),和子步驟(2-3)中的公式(8),獲得后一道次壓縮之前的總軟化百分比xst(計(jì)算方法是非線性回歸計(jì)算的,采用的為經(jīng)典的艾倫尼烏斯公式,擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)模型),對(duì)(3-1)所述的各個(gè)參數(shù)σcd,σsat、σs和σ0逐一采用公式(9)進(jìn)行修正;σj和σj′分別代表修正前后的σcd,σsat、σs和σ0;

σ′j=(1-xst)*(σm-σ2%)+σj(9)

然后,將初始硬化率θ0校正為后一道次的初始硬化率θ′0,θ′0為第一道次壓縮過(guò)程中的θ-σ曲線上σm對(duì)應(yīng)的硬化率;

(3-3)利用子步驟(3-2)中獲得的修正后的參數(shù)θ′0,σ′cd,σ′sat,σ′s,σ′0和步驟(2-2)計(jì)算獲得的xst以及后一道次壓縮實(shí)驗(yàn)獲得的公式(3)和(4),代入公式(5),求出后一道次壓縮過(guò)程中的獨(dú)立于累計(jì)塑性應(yīng)變的流動(dòng)應(yīng)力曲線;

(3-4)依次類推,理論上可以推無(wú)窮次,但是這里限制為材料斷裂之前都可以使用本模型推導(dǎo),優(yōu)選取4-5次,在步驟(3-3)獲得后一道次壓縮的本構(gòu)模型的基礎(chǔ)上,利用公式(7)和(8)的獲得n道次壓縮之前(n>2)的總軟化百分比xst對(duì)(3-2)中獲得的各個(gè)矯正后的參數(shù)θ′0,σ′cd,σ′sat,σ′s,σ′0進(jìn)行進(jìn)一步矯正,將矯正后的上述參數(shù)代入公式(5),得到多道次壓縮過(guò)程的本構(gòu)模型。

總體而言,通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比,由于發(fā)明內(nèi)容結(jié)合和唯像型和物理基本構(gòu)模型,能夠取得下列有益效果。

1)本發(fā)明的本構(gòu)模型和實(shí)際工藝過(guò)程相符:由于采用了單道次壓縮過(guò)程和雙道次壓縮過(guò)程中的流應(yīng)曲線,與新型動(dòng)態(tài)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)模型和再結(jié)晶應(yīng)力軟化模型相結(jié)合的方法,建立了唯像型和物理基耦合的獨(dú)立于累計(jì)塑性應(yīng)變的本構(gòu)模型,既能反應(yīng)材料在多道次壓縮過(guò)程中的微觀組織演變,也能描述宏觀的材料流動(dòng)行為,因此使用本發(fā)明的本構(gòu)模型與實(shí)際的工藝過(guò)程相符。

2)本發(fā)明的本構(gòu)模型較為準(zhǔn)確適用范圍廣:通過(guò)實(shí)際檢測(cè)證明,該方法不僅適用于不同溫度和應(yīng)變速率條件下的單道次壓縮過(guò)程,而且適用于不同卸載應(yīng)變和保溫時(shí)間條件下的雙道次壓縮過(guò)程。除此之外,還能普及到實(shí)際的多道次成形過(guò)程,并適用于數(shù)值模擬優(yōu)化成形工藝。

3)本發(fā)明的本構(gòu)模型預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確:與抽樣的條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn),本發(fā)明的本構(gòu)模型與單道次壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性系數(shù)為0.9998,平均相對(duì)誤差為6.3%,絕對(duì)誤差在±10mpa內(nèi);與雙道次壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性系數(shù)為0.9884,平均相對(duì)誤差為3.63%,絕對(duì)誤差在±10mpa內(nèi)。因此本發(fā)明的是一種可靠可信的數(shù)值方法,該本構(gòu)模型的流動(dòng)應(yīng)力預(yù)測(cè)值十分準(zhǔn)確。

附圖說(shuō)明

圖1示出本發(fā)明的本構(gòu)模型建立方法的流程圖;

圖2示出單道次壓縮和雙道次壓縮的工藝流程圖;

圖3示出各個(gè)應(yīng)力參數(shù)在流應(yīng)曲線上的定性表征;

圖4示出隨機(jī)抽取的單道次壓縮中流動(dòng)應(yīng)力實(shí)驗(yàn)值和使用本發(fā)明的方法獲得的預(yù)測(cè)值的對(duì)比;

圖5示出隨機(jī)抽取的雙道次壓縮中第二次流應(yīng)的實(shí)驗(yàn)值和使用本發(fā)明的方法獲得的預(yù)測(cè)值對(duì)比。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。此外,下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

以300m高強(qiáng)鋼的多道次壓縮過(guò)程中的本構(gòu)模型為實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明。具體流程如圖1所示。

1)將300m高強(qiáng)鋼制成φ8mm×10mm的標(biāo)準(zhǔn)壓縮件,單道次壓縮實(shí)驗(yàn)是在gleeble-3500熱機(jī)模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的,具體工藝過(guò)程參見(jiàn)圖2。在單道次熱壓縮試驗(yàn)過(guò)程中,試樣首先以5k/s加熱到1423k,保溫240s以保證試樣內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)完全奧氏體化,其次在熱電偶的控制下,以-1k/s的冷卻速度將溫度控制在1173k-1423k之間(等差選擇6個(gè)溫度),選擇的溫度并保溫120s確保試樣內(nèi)部溫度均勻,隨后分別0.01,0.1,1,10s-1的應(yīng)變速率進(jìn)行等溫壓縮實(shí)驗(yàn),當(dāng)試樣壓縮量到達(dá)60%時(shí),在真空的環(huán)境中試樣自動(dòng)水淬。根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)得出24條工程應(yīng)力-工程應(yīng)變曲線,將所有曲線變換為真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變曲線。

2)取所述的不同溫度和應(yīng)變速率條件下的曲線,分別將彈性階段的直線向右平移0.2%,獲得對(duì)應(yīng)變形條件下的屈服應(yīng)力σ0,并將所述的曲線轉(zhuǎn)化為流應(yīng)曲線。除此之外,對(duì)流應(yīng)曲線進(jìn)行差分計(jì)算,繪制對(duì)應(yīng)變形條件下的θ-σ曲線。

3)在所述中不同溫度和應(yīng)變速率的θ-σ曲線上,計(jì)算對(duì)應(yīng)的初始硬化率θ0,臨界應(yīng)力σcd,飽和應(yīng)力σsat,穩(wěn)態(tài)應(yīng)力σs,相關(guān)的表征如圖3所示,將所述的屈服應(yīng)力σ0和上述的參數(shù)代入公式(1),利用runge-kutta法求出σr在任意時(shí)刻的值,繪制24個(gè)σr-t曲線。

4)利用所述的任意時(shí)刻的σr和所述的流應(yīng)曲線,計(jì)算獲得1173k-1423k和0.01-10s-1變形條件下的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶應(yīng)力軟化百分比xd在任意時(shí)刻的值。

5)根據(jù)所述的xd,繪制xd-t曲線。對(duì)所有的xd-t曲線采用非線性回歸分析方法獲得新型動(dòng)態(tài)再結(jié)晶造成的應(yīng)力軟化百分比模型,其中材料常數(shù)kv為-3.9475,d為1.81e-3,q為-0.99,r為8.314,變形激活能qd為359mpa,動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的表面激活能qdrx為412mpa,以上的參數(shù)均是非線性回歸計(jì)算獲得。

6)對(duì)所述的公式(1)和所述的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的應(yīng)力軟化模型計(jì)算,獲得獨(dú)立于累計(jì)塑性應(yīng)變的流動(dòng)應(yīng)力σ的差分函數(shù)。

7)雙道次壓縮實(shí)驗(yàn)是在gleeble-3500熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。在雙道次壓縮過(guò)程中,首先在1173k和1273k的溫度,0.01s-1和10s-1的應(yīng)變速率四種組合的變形條件下,進(jìn)行單道次壓縮實(shí)驗(yàn),第一次變形量分別為8%,14%,20%,25%,30%,40%和50%,隨后卸載保溫一定時(shí)間,保溫時(shí)間包括0s,5s,10s,50s,120s,200s和600s,最后繼續(xù)壓縮25%的變形量后水淬。利用步驟1)的方法計(jì)算獲得雙道次壓縮過(guò)程中流應(yīng)曲線。

8)選取1273k和0.01s-1的變形條件為例計(jì)算雙道次壓縮中的應(yīng)力軟化行為,對(duì)步驟7)中的流應(yīng)曲線采用2%的應(yīng)變偏移法計(jì)算卸載保溫過(guò)程中總的應(yīng)力軟化百分比xst

9)在1273k和0.01s-1的變形條件下,將步驟8)獲得的xst繪制49條xst-t曲線,對(duì)所有曲線采用非線性回歸分析計(jì)算出公式(7)和公式(8)中的各個(gè)參數(shù),獲得卸載保溫過(guò)程中的靜態(tài)再結(jié)晶和亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶造成的應(yīng)力軟化模型。靜態(tài)再結(jié)晶和亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的常數(shù)ni值分別為1.63和1.49。

10)將步驟3)中獲得的各個(gè)參數(shù)θ0,σcd,σsat和σs,步驟2)獲得的σ0,以及步驟5)獲得的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)模型代入公式(5),并采用runge-kutta法計(jì)算,獲得第一次壓縮過(guò)程中不同溫度和應(yīng)變速率的24種變形條件下,受到動(dòng)態(tài)再結(jié)晶造成的應(yīng)力軟化影響卻獨(dú)立于累計(jì)塑性應(yīng)變的流動(dòng)應(yīng)力。隨機(jī)抽取的單道次壓縮中流動(dòng)應(yīng)力實(shí)驗(yàn)值和使用本發(fā)明的方法獲得的預(yù)測(cè)值的對(duì)比參見(jiàn)如圖4,其中相關(guān)性系數(shù)為0.9998,平均相對(duì)誤差為6.3%,絕對(duì)誤差在±10mpa內(nèi),本發(fā)明的本構(gòu)模型的吻合度較高。

11)在1273k和0.01s-1的變形條件下,對(duì)于49種卸載應(yīng)變和保溫時(shí)間組合,采用步驟9)中獲得的卸載保溫過(guò)程中總的應(yīng)力軟化百分比xst,首先通過(guò)公式(9)將步驟2)和步驟3)中的應(yīng)力參數(shù)σi矯正為第二道次壓縮的應(yīng)力參數(shù)σi′,然后將第二道次的初始硬化率θ0′表示為第一道次壓縮過(guò)程中的θ-σ曲線上σm處對(duì)應(yīng)的硬化率,最后,用矯正后的參數(shù)θ0′和σi′代入公式(5),并采用runge-kutta法計(jì)算,獲得不同變形條件下,第二次壓縮過(guò)程中基于應(yīng)力軟化而獨(dú)立于累計(jì)應(yīng)變的流動(dòng)應(yīng)力值。雙道次壓縮中第二次流應(yīng)的實(shí)驗(yàn)值和使用本發(fā)明的方法獲得的預(yù)測(cè)值對(duì)比如圖5,其中相關(guān)性系數(shù)為0.9884,平均相對(duì)誤差為3.63%,絕對(duì)誤差在±10mpa內(nèi),本發(fā)明的本構(gòu)模型的吻合度較高。

總體看來(lái),本發(fā)明的一種適用于多道次壓縮過(guò)程獨(dú)立于累計(jì)應(yīng)變的本構(gòu)模型的建立方法是一種可靠,可行的數(shù)值分析方法,該方法可以用于提高了大型模鍛件的產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)值模擬優(yōu)化成形工藝等領(lǐng)域。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解,以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

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