收藏本站
《南京航空航天大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

5083铝合金力学性能及超塑性成形数值模拟与实验研究

徐雪峰  
【摘要】: 随着环境污染和能源短缺问题的日益尖锐,各大交通运输工具制造商都加快对交通工具轻量化的研究与开发,而铝合金作为飞机、航天器以及汽车轻量化的理想材料,已成为当前航空航天工业、汽车工业开发研究的热点,但其常温下难以加工成形,制约了铝合金的应用。而在超塑性状态下成形是目前解决铝合金成形最为有效的方法之一。为此,本文开展了铝合金力学性能与超塑性成形工艺的研究。首先,采用恒应变速率单向拉伸法,研究了材料在不同温度、不同应变速率下的塑性、超塑性性能,确定了材料最佳成形参数,并建立了随温度变化的本构模型;其后,进行了超塑胀形有限元模拟,改进了气压加载方式,分析了单元类型、摩擦对模拟结果的影响;同时,首次模拟了超塑性差温拉深,详细研究了毛坯几何形状、压边间隙、温度差、摩擦系数对板料差温拉深性能的影响;最后,在模拟的基础上设计了三套实验模具及成形工艺,分别对AIRBUS支架件进行胀形、差温拉深及恒温拉深实验,并将实验结果分别与模拟结果比较。 通过恒应变速率单向拉伸实验,首次研究了AA5083合金在温度为100~535℃、应变速率为0.013~0.00005s-1范围内的力学性能,获得最大延伸率为525℃、0.0002s-1应变速率下的397%。结果表明:200℃温度以下,AA5083材料延伸率较低,且随着应变速率的提高而减小,无超塑性;250℃温度以上,AA5083合金呈现超塑性,各试样延伸率随温度的升高而提高,并具有应变速率敏感性。各拉伸曲线流变应力随温度的升高而减小、随应变速率的增大而增大;基本呈现应变硬化、应变硬化与应变软化动态平衡的稳态流变和应变软化三种现象,各种现象表现程度随温度、应变速率不同而相异。分析了应变、应变速率对应变速率敏感性指数的影响。采用Hollomon经验公式拟合真应力-应变曲线中的应变硬化阶段,测定了n值。建立了AA5083合金在100~525℃温度、0.013~0.008s-1应变速率范围内修正的粘塑性本构模型,结果表明:该模型的预测值与实验值吻合良好。 改进了MARC软件默认的压力加载算法,对AA5083支架件进行了超塑性胀形模拟。结果表明:零件的几何模型对材料成形的厚度分布影响显著,设计零件时应尽量避免小圆角半径、大深宽比及形状突变;优化的加载方式控制了变形集中区域的变形速度,改善了板料的成形性能,厚度分布更均匀。分析讨论了实体单元、壳单元及膜单元模拟,对板料超塑胀形厚度分布、压力-时间曲线的影响。结果表明:壳单元最适合模拟板料成形。此外,改善超塑性胀形中的润滑条件,亦可提高板料流动性能。 改变了AA5083支架工件模型及模具,采用二次开发MARC软件,首次成功模拟了该材料超塑性差温拉深。分析了零件的拉深比,表明应用常规拉深无法一次成形该工件。而采用凹模为525℃、凸模为150℃差温拉深,1.05~1.1倍板厚刚性压边间隙、优化的毛坯及0.1mm/s的拉深速度,成形了厚度分布均匀、高度满足要求、减薄率明显低于超塑性胀形的工件。分析了压边间隙对工件材料流动、压边力及拉深力的影响;并且研究了凸、凹模温度差、摩擦对提高拉深性能的重要作用。 在超塑性胀形及差温拉深模拟的基础上,对AIRBUS支架件进行了实验研究。采用胀形模拟获得的优化及默认加载曲线,控制实验中气体压力加载。结果表明:默认的加载曲线,压力加载速度过快,致使工件变形速度太大,厚度减薄严重而破裂;优化的加载曲线,成功成形了AA5083支架件,且其模拟与实验结果吻合良好,但工件整体变薄严重,厚度分布不均匀。依据模拟获得的参数,进行了超塑性差温拉深实验,结果表明:差温拉深工艺、形状优化的毛坯、无凸缘及形状突变的模型设计,均改善了拉深工件的成形性能;工件成形厚度分布均匀,且其结果与模拟结果吻合。最后,比较了超塑性胀形、差温拉深及恒温拉深成形工件厚度分布。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:V250.2

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 邱宇;郭晓娟;李光;王怡嵩;;5083铝合金的搅拌摩擦焊研究[J];电焊机;2014年04期
2 徐雪峰;李娟;张杰刚;赵爽;王高潮;;基于最大m值法的商用5083铝合金材料性能测试[J];热加工工艺;2013年10期
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 张学学;TC4多层板超塑成形/扩散连接试验研究[D];南京航空航天大学;2012年
2 许雪梅;铝合金熔焊接头及其薄壁结构的大变形力学行为研究[D];兰州理工大学;2013年
3 杨畅;脱轨列车撞击结构物设计荷载研究[D];西南交通大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 童国权,林兆荣;3Y-TZP陶瓷超塑性应变速率敏感性指数及晶界玻璃相(英文)[J];材料研究学报;1998年02期
2 海锦涛;王仲仁;阳永春;张立斌;;国内外超塑性研究近况与发展[J];锻压技术;1992年06期
3 靳红雨;吴义娟;;筒形件温差拉深数值模拟研究[J];工程设计学报;2006年01期
4 李园春,李淼泉,刘马宝,吴诗惇;变形-损伤耦合的起塑性恒压轴对称充模胀形的有限元模拟[J];固体力学学报;1997年02期
5 吴德忠,张凯峰;差温拉深/超塑性胀形复合工艺研究[J];哈尔滨工业大学学报;2000年05期
6 邢会林,张凯锋,王仲仁;超塑性本构关系的研究[J];哈尔滨工业大学学报;1994年02期
7 张家顺;美国航宇工业超塑成形近况[J];航空工艺技术;1989年06期
8 张海军;钱兵羽;宁江利;;不同变形方式对5083铝合金组织的影响[J];黑龙江科技学院学报;2007年04期
9 崔忠圻,王中;高应变速率超塑性的研究进展[J];航天工艺;1993年03期
10 王华侨;张毅;孙焕军;李京喜;;薄壁铝合金半球壳塑性成型与模拟技术应用[J];航天制造技术;2008年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 杨晨;板金展开有限元逆算法[D];南京航空航天大学;2003年
2 唐黎明;超塑性气压胀形测控系统的设计与实现[D];南京航空航天大学;2006年
3 时张杰;铝合金超塑性差温拉深研究[D];南京航空航天大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 梁建国,湛华;挑梁根部设钢筋混凝土柱时设计计算方法[J];四川建筑科学研究;2001年04期
2 李扬,高日,晏景通;自重对索网结构找形的影响[J];四川建筑科学研究;2003年02期
3 段凯,杨新华,杨文兵;用ANSYS软件计算桥梁结构的温度应力[J];四川建筑科学研究;2005年03期
4 马杰,侯景军,何英明;昆明某大厦纠偏的有限元分析[J];四川建筑科学研究;2005年04期
5 薛松涛;张茂雨;谢丽宇;陈镕;王远功;;在地震波作用下地下连续墙的动力响应[J];四川建筑科学研究;2005年06期
6 黄怡;王元清;石永久;;框架—支撑钢结构抗震性能的有限元分析[J];四川建筑科学研究;2005年06期
7 陈辉;袁海庆;李盛;刘文龙;高翔;;温度作用对钢筒仓结构影响的有限元分析[J];四川建筑科学研究;2006年06期
8 左立;曾祥勇;;西部红层软岩地区某桥梁扩大基础有限元分析[J];四川建筑科学研究;2009年06期
9 张俊峰;王利娟;郝际平;李天;;几何非线性新梁柱单元及结构程序设计[J];四川建筑科学研究;2011年04期
10 陈长冰;刚架结构支座沉陷的三维有限元分析[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2000年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李铁周;杨谊丽;林嗣杰;;微卡纵梁成形模设计与制造[A];安徽省第五届“兴皖之光”青年学术年会论文集(工科卷)[C];2005年
2 刘少峰;;重卡纵梁在60000KN油压机上冲压成形工艺的初步研究[A];安徽省第五届“兴皖之光”青年学术年会论文集(工科卷)[C];2005年
3 李辉;孙利平;雷龙;;板簧支架动态外载的计算和疲劳分析[A];第八届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集(下)[C];2011年
4 杨拉道;高琦;;板坯连铸结晶器在线热态调宽速度与拉速研究[A];2011年第九届全国连铸学术会议论文集[C];2011年
5 欧阳玉平;洪添胜;文韬;孙同彪;;基于ANSYS的太阳能自动跟踪机构仿真及实验分析[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
6 陈树君;李宝田;于洋;;搅拌摩擦焊与等离子弧焊交叉焊缝气孔产生抑制措施初探[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
7 张柯柯;衡中皓;邱然锋;孙敬;张占领;石红信;吴志伟;于华;张晓娇;;电场作用下1.6%C-UHCS/40Cr钢超塑焊接头组织分析[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
8 苏志付;骆良顺;苏彦庆;李新中;郭景杰;傅恒志;;铝合金旋转喷吹精炼过程气泡运动的数值模拟[A];第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集[C];2011年
9 刘静安;;铝合金可锻性及热力学参数确定原则分析[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年
10 孙振宇;冯彦波;聂波;赵刚;田妮;李瑞峰;;2A12铝合金均匀化处理工艺研究[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张琛;光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 白会娟;导电材料结构电磁热弹性多场行为的理论研究[D];兰州大学;2010年
3 宫旭辉;高温环境下α+β钛合金的动态拉伸力学行为—测试、分析与表征[D];中国科学技术大学;2010年
4 蔡春波;1050铝合金形变和再结晶过程中的织构演变研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
5 潘健怡;铝合金型材挤压的数值模拟及模具结构优化研究[D];华南理工大学;2010年
6 姜欣;食品体系通电加热过程温度场的模拟研究[D];华南理工大学;2010年
7 刘海锋;网格结构精细化有限元分析方法研究[D];浙江大学;2010年
8 起华荣;A356合金熔体调控对流动性的影响机理研究[D];昆明理工大学;2009年
9 陈步明;新型节能阳极材料制备技术及电化学性能研究[D];昆明理工大学;2009年
10 周晓龙;反应合成AgCuO复合材料的组织均匀化及界面结构研究[D];昆明理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴锦龙;有限元软件框架研究及其在线性静力学程序中的应用[D];中国工程物理研究院;2010年
2 余兴强;铸态TB6钛合金的加工图及其锻造工艺优化[D];南昌航空大学;2010年
3 张学武;基于磁控技术的TIG焊残余应力的研究[D];南昌航空大学;2010年
4 李娟;钛合金基于m值的高效超塑性成形机制研究[D];南昌航空大学;2010年
5 赵火平;原位合成TiB_2/Al-4Cu复合材料组织和性能的研究[D];南昌航空大学;2010年
6 刘帅;大型渠道混凝土振动密实成型数值模拟研究[D];山东科技大学;2010年
7 刘欣丽;液压支架双伸缩立柱承载特性研究[D];山东科技大学;2010年
8 范子嘉;长脉冲激光与金属相互作用的热分析[D];长春理工大学;2010年
9 辛栋;纤维增强聚合物复合材料力学性能的数值预测[D];郑州大学;2010年
10 周宇龙;基于遗传算法的堤防材料动力特性反演分析[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王柏龄;全铝车身的研究及发展[J];汽车工业研究;2000年06期
2 张少华;铝合金在汽车上应用的进展[J];汽车工业研究;2003年03期
3 于卫新;李淼泉;胡一曲;;材料超塑性和超塑成形/扩散连接技术及应用[J];材料导报;2009年11期
4 陈影;付宁宁;沈长斌;葛继平;;5083铝合金搅拌摩擦焊搭接接头研究[J];材料工程;2012年06期
5 白木 ,周洁;铝材令汽车制造技术焕然一新[J];世界有色金属;2001年10期
6 田红旗,许平;吸能列车与障碍物撞击过程的研究和分析[J];长沙铁道学院学报;2002年03期
7 漆卫国;谢红霞;付战波;;大型水轮机低碳调质高强钢蜗壳电站现场焊接技术[J];电焊机;2008年10期
8 李芾;安琪;;国内外高速动车组的发展[J];电力机车与城轨车辆;2007年05期
9 陈秉智;杨慧芳;兆文忠;;高速动车组碰撞仿真研究[J];大连交通大学学报;2011年01期
10 李志强,郭和平;超塑成形/扩散连接技术在航空航天工业中的应用[J];锻压技术;2005年01期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 张雄;轻质薄壁结构耐撞性分析与设计优化[D];大连理工大学;2008年
2 乔及森;车用铝合金焊接接头及基本单元件的大变形力学行为研究[D];兰州理工大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 余江瑞;2A12铝合金薄板熔焊对接接头大变形及失效力学行为研究[D];兰州理工大学;2011年
2 门向南;TC4三层板结构超塑成形/扩散焊接工艺研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 崔元杰;TC4多层板结构超塑成形/扩散连接工艺数值模拟与试验研究[D];南京航空航天大学;2011年
4 赵毅;基于优化载荷控制的钛合金多层板SPF/DB数值模拟研究[D];西北工业大学;2007年
5 王志成;铝合金焊接接头局部力学性能测试与损伤研究[D];兰州理工大学;2008年
6 高庆峰;宽弦空心风扇叶片超塑成形的数值仿真研究[D];南京航空航天大学;2008年
7 窦小丽;铝合金三层板结构搅拌摩擦焊/超塑成形的数值模拟及工艺研究[D];南京航空航天大学;2008年
8 刘伟明;开孔泡沫铝夹芯管压缩与弯曲力学行为的研究[D];合肥工业大学;2009年
9 蔡云;TC4钛合金高温拉伸力学性能研究和组织演变[D];南京航空航天大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邓学峰;张辉;陈振华;;铝合金板成形性及成形工艺研究现状[J];材料导报;2005年12期
2 詹美燕,陈振华,夏伟军;8009耐热铝合金薄板高温组织与性能的研究[J];材料工程;2004年03期
3 杨振恒;龚义吉;;应力松弛试验在超塑性研究中的应用[J];金属科学与工艺;1983年02期
4 王中阳,王国峰,赖小明,张凯锋;控制厚度分布的正反向超塑胀形的有限元分析[J];材料科学与工艺;2004年03期
5 李梁,孙建科,孟祥军;钛合金超塑性研究及应用现状[J];材料开发与应用;2004年06期
6 吴庆龄;测量超塑性应变速率敏感性指数m的一种新方法[J];东北工学院学报;1981年01期
7 刘志义,崔建忠,白光润;铝锂合金超塑性变形模型[J];东北工学院学报;1993年05期
8 王仲仁;海锦涛;公方忠;张凯锋;张希宁;;测定m值的变截面试样拉伸实验法[J];锻压技术;1985年02期
9 常志华;吕亚清;姜奎华;;盒形件拉深毛坯展开尺寸的计算方法[J];锻压技术;1991年01期
10 李顺平;李硕本;;盒形件冲压成形的有限元模拟与工艺计算[J];锻压技术;1991年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 陶友瑞;FVS0812薄板半球形零件拉深成形研究[D];湖南大学;2004年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张吉人,王雨丛;Zn-4%Al合金超塑性变形微观过程的研究[J];哈尔滨工业大学学报;1985年S3期
2 马济民;;两相钛合金超塑性变形机理的研究[J];航空材料;1986年02期
3 许晓嫦,吴纯,谭玉华;预热处理对铝合金LY_(12)超塑性变形的影响[J];国外金属热处理;2002年03期
4 周飞,佘正国,刘军,罗启富;Si_3N_4陶瓷超塑性的研究进展[J];江苏理工大学学报;2000年01期
5 龙霓东;LF6超塑性变形断裂研究[J];航空材料学报;1997年02期
6 李桂红,宗士增,邱亚峰,吴辉文;亚共析20CrMnTiA钢的超塑性研究[J];南京理工大学学报(自然科学版);2002年04期
7 Yasuhiro Maehara;Terence G Langdon;黄企铭;;陶瓷超塑性综述[J];河南科技大学学报(自然科学版);1991年01期
8 张益华;20CrMnTi的动态超塑性研究[J];南京航空航天大学学报;1996年02期
9 小林保夫;高革;;新的中间形变热处理及7475合金的超塑性[J];轻合金加工技术;1987年06期
10 阮锋,柳烈,李振南,林法禹;用刚塑性有限元法分析超塑性反挤压成形[J];华南理工大学学报(自然科学版);1994年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周清;张方哲;李绍利;;粗晶Ti-15-3的两段超塑性[A];2010年“航空航天先进制造技术”学术交流论文集[C];2010年
2 严峰;赵敏;吴昆;;SiC_w/MB15镁基复合材料超塑性变形过程中的织构分析[A];复合材料:生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年
3 张中元;陈照峰;丘泰;李靖谊;;纳米氮化硅(Si_3N_4)超塑性压缩试验研究[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年
4 杨卫;郑泉水;方岱宁;黄克智;;纳米力学进展[A];钱学森技术科学思想与力学论文集[C];2001年
5 马宗义;谢广明;冯艾寒;;搅拌摩擦加工细晶镁合金超塑性研究[A];中国有色金属学会第十二届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2007年
6 张诗昌;宗钦;;高应变速率超塑性变形理论的研究进展[A];2007高技术新材料产业发展研讨会暨《材料导报》编委会年会论文集[C];2007年
7 宋美娟;汪凌云;向毅;;考虑损伤效应的镁合金板材超塑性成形极限及其数值模拟[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集(2)[C];2009年
8 王发东;张曙光;胡捷;徐俊;吴春京;石力开;;Zr基大块非晶合金在过冷温度区间的静液挤压塑性变形[A];第十届全国青年材料科学技术研讨会论文集(C辑)[C];2005年
9 黄传兵;杜令忠;张伟刚;;等离子喷涂制备CoCrAl-B_4C刷式封严涂层的研究[A];中国航空学会第七届动力年会论文摘要集[C];2010年
10 许晓静;程晓农;;高强度、高应变速率超塑性铸锭铝合金AI-Cu-Mg-Ti-Sr[A];大型飞机关键技术高层论坛暨中国航空学会2007年学术年会论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 ;中科院成功制备微纳米金属玻璃纤维[N];中国技术市场报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张俊红;TiAl基合金的组织超塑性研究[D];中南大学;2003年
2 陈昊;聚能金属射流形成及侵彻过程中的动态变形研究[D];南京理工大学;2012年
3 景勤;多组元大块非晶合金研制及其空间搭载实验方案设计[D];燕山大学;2004年
4 索忠林;金属塑性与超塑性拉伸失稳及其力学解析[D];吉林大学;2006年
5 谢广明;搅拌摩擦焊接镁及铜合金的微观组织和力学性能[D];哈尔滨工业大学;2008年
6 杜予晅;铝锂合金超塑性板材的制备原理与技术[D];中南大学;2006年
7 张寒;Mn-Si-Cr系超高强钢的超塑性及性能优化[D];清华大学;2011年
8 马品奎;基于图像分析的超塑性自由胀形实验测量与力学解析[D];吉林大学;2010年
9 罗兵辉;三种铝合金组织及阻尼性能研究[D];中南大学;2006年
10 管志平;超塑性拉伸变形定量力学解析[D];吉林大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邓金涛;超塑性变形的动态流变解析及材料参数的规范测量[D];吉林大学;2010年
2 李少雨;Ti_2AlNb基合金相变及超塑性变形机理研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
3 马超;钛合金超塑性应变速率敏感性指数与延伸率关系研究[D];南昌航空大学;2013年
4 金鹏;ECAE镁合金超塑性变形行为的研究[D];沈阳工业大学;2006年
5 范钧;工业态AZ31镁合金高应变速率压缩超塑性研究[D];太原理工大学;2006年
6 李英杰;等通道转角挤压Mg-Zn-Nd合金的超塑性变形行为[D];沈阳工业大学;2007年
7 宗钦;AZ31镁合金高温蠕变及超塑性研究[D];武汉科技大学;2007年
8 李娟;钛合金基于m值的高效超塑性成形机制研究[D];南昌航空大学;2010年
9 张久文;Mg-Al系合金组织性能及超塑性研究[D];大连理工大学;2006年
10 杨阳;5083铝合金高温变形行为及超塑性行为研究[D];中南大学;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026