基于理論計算和數(shù)值模擬的5086鋁板溫成形性能研究及實驗驗證.pdf

1、隨著全球變暖和能源問題的日益突出，能耗低、污染少、燃料經濟性高的汽車越來越受歡迎，汽車輕量化已成為世界汽車工業(yè)的發(fā)展主題。鋁合金由于密度小、比強度和比剛度較高等優(yōu)點，是汽車輕量化的最佳材料。但是相比于鋼，鋁合金在常溫下的塑性較差，成形相對困難，這極大的制約了它的廣泛應用。研究表明，在不改變合金成分的基礎上，溫成形工藝可以有效改善鋁合金板的塑性成形能力。本文針對5086鋁合金板料，利用理論計算和數(shù)值模擬方法研究了溫成形條件下溫度和應變速率

2、對AA5086成形性能的影響規(guī)律，并對所得結果進行了實驗驗證。
　　本文首先借助單向拉伸實驗研究了AA5086在不同溫度（20，150和200℃）和應變速率（0.02，0.2和2s-1）下的流變行為，并利用三種本構模型（修正的Voce、Ludwick和KHL模型）對其流變行為進行了描述。基于Marciniak-Kuczynski(M-K)模型，結合以上三種耦合了溫度和應變速率影響的本構模型及Hil148屈服準則，本文開發(fā)了計算板料

3、成形極限的M-K模型算法。在所得M-K算法計算結果的基礎上，研究了縮頸判斷準則、初始凹槽角度、本構模型、屈服準則以及初始缺陷系數(shù)對板料成形極限的影響。研究發(fā)現(xiàn)不同應變路徑下初始凹槽角度對板料極限應變的影響規(guī)律不同:當應變路徑在0-0.4之間時，成形極限總是在凹槽角度為零時得到。而當應變路徑不在0-0.4之間時，極限應變非常依賴于初始凹槽角度，因此文獻中假定初始角度為零所得到的極限應變高估了板料的真實成形性能。
　　為了驗證本文所開

4、發(fā)算法的可靠性，本文通過Marciniak雙向拉伸實驗獲得了AA5086在不同溫度(20-200℃)和應變速率(0.02-2s-1)下的成形極限。實驗結果與M-K算法計算結果的對比表明，在本文所覆蓋的溫度和應變速率范圍內，Ludwick方程和KHL方程的預測結果總體上能夠與實驗結果吻合良好。而由于修正Voce模型的硬化飽和特性影響了縮頸區(qū)域的應力應變演化，Voce方程的預測結果與實驗結果之間有較大誤差。
　　其次，本文采用數(shù)值模擬

5、方法研究了高應變速率(2.5-150s-1)下溫度和應變速率對AA5086成形性能的綜合影響。為了獲得高應變速率下準確的材料本構模型，本文利用一套高溫動態(tài)單向拉伸實驗系統(tǒng)獲得了AA5086在高應變速率下的流變行為，并基于所得數(shù)據構建了一種材料應變強化與溫度呈線性關系的Voce本構模型（簡稱Lin-Voce模型），在考慮塑性功熱效應和試樣不均勻變形的基礎上利用逆向分析方法確定了材料參數(shù)。利用所得的Lin-Voce本構模型，本文對高應變速率

6、下的Marciniak雙向拉伸實驗過程進行了模擬并獲得了高應變速率下AA5086的成形極限圖。分析發(fā)現(xiàn)，對鋁合金板料溫成形工藝而言，鋁合金板料成形性能的改善取決于溫度和應變速率的相互影響。低應變速率時溫度的軟化作用占據主導作用，溫度的升高會提高板料的成形性能。而在動態(tài)拉伸條件下溫度的熱軟化作用會被應變硬化作用所抵消甚至超過，導致成形性能下降。因此，要想在高應變速率條件下改善5086鋁合金板的成形性能，成形溫度至少要升高到大于300℃的某