基于各向异性的铝合金动态力学性能及切削本构模型研究
《2219铝合金各向异性塑性本构模型研究》
《2219铝合金各向异性塑性本构模型研究》一、引言随着现代工业的快速发展，铝合金因其轻质、高强、耐腐蚀等特性在航空、汽车、船舶等领域得到了广泛应用。
其中，2219铝合金以其优异的综合性能在航空航天领域尤为突出。
然而，铝合金材料在塑性变形过程中存在着复杂的力学行为，特别是其各向异性的塑性本构模型研究更是具有重要价值。
本文将重点对2219铝合金的各向异性塑性本构模型进行深入研究。
二、文献综述近年来，国内外学者对铝合金的塑性变形行为进行了大量研究，主要集中在材料的力学性能、微观组织结构以及本构模型的建立等方面。
其中，各向异性塑性本构模型的研究对于理解铝合金的塑性变形机制、预测材料的行为及优化加工工艺具有重要意义。
已有研究表明，2219铝合金在塑性变形过程中表现出显著的各向异性，其应力-应变响应受到材料取向、晶粒尺寸、温度等因素的影响。
因此，建立精确的各向异性塑性本构模型对于描述2219铝合金的力学行为具有重要意义。
三、材料与方法本研究采用2219铝合金作为研究对象，通过实验和数值模拟相结合的方法，对其各向异性塑性本构模型进行研究。
具体方法包括：1. 实验方法：对2219铝合金进行单轴拉伸实验，获取不同方向上的应力-应变数据；利用电子背散射衍射技术（EBSD）对材料微观组织结构进行分析。
2. 数值模拟方法：基于实验数据，建立2219铝合金的各向异性塑性本构模型；利用有限元软件对模型进行验证和优化。
四、结果与讨论1. 实验结果：通过对2219铝合金进行单轴拉伸实验，我们获得了不同方向上的应力-应变曲线。
此外，利用EBSD技术对材料微观组织结构进行分析，发现材料具有明显的各向异性特征。
2. 本构模型建立：基于实验数据，我们建立了2219铝合金的各向异性塑性本构模型。
该模型考虑了材料取向、晶粒尺寸、温度等因素的影响，能够较好地描述材料的塑性变形行为。
3. 模型验证与优化：利用有限元软件对建立的本构模型进行验证，发现模型能够较好地预测2219铝合金的应力-应变响应。
《2219铝合金各向异性塑性本构模型研究》范文
《2219铝合金各向异性塑性本构模型研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，铝合金因其轻质、高强、耐腐蚀等特性在航空、汽车、船舶等领域得到了广泛应用。
其中，2219铝合金因其优异的综合性能，在航空航天领域的应用尤为突出。
然而，铝合金在塑性变形过程中表现出显著的各向异性特性，这对其力学性能和加工工艺提出了更高的要求。
因此，对2219铝合金各向异性塑性本构模型的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、文献综述近年来，关于铝合金塑性变形行为的研究已成为材料科学领域的热点。
其中，各向异性塑性本构模型的研究对于理解铝合金的力学行为、预测其塑性变形过程、优化加工工艺等方面具有重要意义。
目前，关于2219铝合金的各向异性塑性本构模型研究已经取得了一定的进展，但仍然存在一些亟待解决的问题，如模型参数的准确获取、模型精度和适用性的提高等。
三、2219铝合金各向异性塑性本构模型（一）模型选择与构建针对2219铝合金的各向异性塑性本构模型，本文选择了一种典型的各向异性塑性本构模型——Hill模型进行深入研究。
Hill模型能够较好地描述金属材料的各向异性特性，且在铝合金领域得到了广泛应用。
在Hill模型的基础上，结合2219铝合金的力学性能和塑性变形行为，构建了适用于该合金的各向异性塑性本构模型。
（二）模型参数的确定模型参数的准确获取是建立各向异性塑性本构模型的关键步骤。
本文通过对2219铝合金进行单轴拉伸试验、多轴弯曲试验等，获得了大量的实验数据。
利用这些实验数据，结合数值模拟方法，确定了Hill模型中的各项参数。
四、模型验证与应用（一）模型验证为了验证所建立的2219铝合金各向异性塑性本构模型的准确性，本文将模型预测结果与实验结果进行了对比。
通过对比发现，模型预测结果与实验结果具有较好的一致性，表明所建立的模型能够较好地描述2219铝合金的各向异性塑性变形行为。
（二）模型应用各向异性塑性本构模型的建立不仅有助于理解铝合金的力学行为，还可以为其在实际应用中的优化提供理论依据。
《2219铝合金各向异性塑性本构模型研究》
《2219铝合金各向异性塑性本构模型研究》一、引言随着现代工业的快速发展，铝合金因其优良的物理和机械性能，在航空航天、汽车制造、船舶建造等领域得到了广泛应用。
其中，2219铝合金以其高强度、良好的耐热性能和优秀的加工性能，在航空航天领域尤为受到青睐。
然而，铝合金在塑性变形过程中表现出显著的各向异性特性，这对其力学性能和成形过程有着重要影响。
因此，对2219铝合金各向异性塑性本构模型的研究，对于理解其力学行为、优化加工工艺和提高产品性能具有重要意义。
二、2219铝合金的特性和应用2219铝合金是一种高强度、高韧性的铝合金，具有较好的耐热性能和抗腐蚀性能。
其合金元素组成和微观结构决定了其优异的力学性能。
在航空航天领域，2219铝合金被广泛应用于制造飞机蒙皮、发动机零部件等关键结构件。
三、各向异性塑性本构模型概述各向异性塑性本构模型是用来描述材料在塑性变形过程中的应力-应变关系的数学模型。
该模型能够考虑材料在不同方向上的力学性能差异，从而更准确地预测和描述材料的塑性变形行为。
四、2219铝合金各向异性塑性本构模型的研究方法针对2219铝合金的各向异性塑性本构模型研究，主要采用以下方法：1. 实验研究：通过单轴拉伸实验、多轴弯曲实验等，获取2219铝合金在不同方向上的应力-应变数据，分析其各向异性特性。
2. 理论建模：基于实验数据，建立考虑各向异性的塑性本构模型。
该模型应能够反映2219铝合金的弹性、塑性和加工硬化等力学行为。
3. 模型验证：通过与实验数据的对比，验证模型的准确性和可靠性。
同时，对模型参数进行优化，以提高模型的预测精度。
五、研究结果与讨论通过实验研究和理论建模，我们得到了以下结果：1. 2219铝合金在塑性变形过程中表现出显著的各向异性特性。
不同方向上的应力-应变关系存在明显差异。
2. 建立了一个考虑各向异性的塑性本构模型，该模型能够较好地描述2219铝合金的弹性、塑性和加工硬化等力学行为。
《2219铝合金各向异性塑性本构模型研究》范文
《2219铝合金各向异性塑性本构模型研究》篇一一、引言在材料科学和工程领域，金属合金的塑性行为研究一直是重要课题。
2219铝合金作为一种常用的高强度、高塑性的工程材料，其力学性能和塑性行为的研究对于优化其应用性能具有重要意义。
各向异性塑性本构模型是描述材料在多方向应力作用下的塑性变形行为的重要工具。
本文旨在研究2219铝合金的各向异性塑性本构模型，探讨其在不同条件下的变形行为，以期为工程应用提供理论依据。
二、材料与方法1. 材料选择与准备本研究选择2219铝合金作为研究对象。
选用具有代表性的样品，并按照相关标准进行切割和加工，以确保样品的一致性和准确性。
2. 实验方法（1）进行拉伸实验，获得材料在不同方向上的应力-应变数据。
（2）通过金相显微镜和电子背散射衍射（EBSD）技术，观察和分析材料的微观结构。
（3）建立各向异性塑性本构模型，并利用实验数据进行模型参数的拟合和验证。
三、实验结果与分析1. 应力-应变曲线分析通过拉伸实验获得2219铝合金的应力-应变曲线。
在多个方向上进行的实验表明，该合金具有明显的各向异性特征。
在特定方向上，材料表现出较高的强度和塑性。
2. 微观结构分析利用金相显微镜和EBSD技术，观察到2219铝合金的微观结构具有明显的晶粒取向和相分布特征。
这些特征对材料的塑性变形行为具有重要影响。
3. 各向异性塑性本构模型的建立与验证基于实验数据和理论分析，建立2219铝合金的各向异性塑性本构模型。
该模型能够较好地描述材料在不同方向上的塑性变形行为。
通过与实验数据的对比，验证了模型的准确性和可靠性。
四、讨论1. 各向异性来源分析2219铝合金的各向异性主要来源于其微观结构的晶粒取向和相分布特征。
这些特征导致材料在不同方向上的力学性能存在差异，从而表现出各向异性的塑性变形行为。
2. 模型应用与优化建立的各向异性塑性本构模型可以应用于工程实际中，用于预测和评估2219铝合金在多方向应力作用下的塑性变形行为。
《2219铝合金各向异性塑性本构模型研究》
《2219铝合金各向异性塑性本构模型研究》一、引言在当今的工程材料领域，铝合金因其轻质、高强度和良好的加工性能而备受关注。
其中，2219铝合金由于其优秀的力学性能和在航空、航天以及汽车等工业的广泛应用，成为研究的重要对象。
考虑到铝合金材料在多轴应力状态下的复杂变形行为，研究其各向异性塑性本构模型具有重要的学术和实用价值。
本文以2219铝合金为研究对象，对其各向异性塑性本构模型进行深入探讨。
二、文献综述铝合金作为一种常见的金属材料，其塑性变形行为一直备受关注。
前人对铝合金的研究主要集中在单晶和粗晶的弹性-塑性变形上，以及关于不同取向下力学行为的探讨。
特别是关于各向异性特性，近年来已有多篇论文发表了其在不同方向的变形和破坏的差异。
但大多数研究中仍存在一些问题，例如对各向异性塑性本构模型的描述不够准确，或者模型过于复杂，难以在实际工程中应用。
因此，对2219铝合金的各向异性塑性本构模型的研究，能够为其在实际工程应用中的设计和制造提供有力的理论依据。
三、实验方法本部分首先介绍对2219铝合金进行各向异性塑性研究的方法。
包括采用合适的试样制备、应力-应变测试的精确实施、以及多轴应力状态下的数据采集等步骤。
具体来说，实验将使用不同的加载方式（如单向拉伸、多轴循环加载等）来研究材料的应力-应变响应。
此外，我们还将使用电子显微镜观察材料在不同应力状态下的微观结构变化，为建立和验证本构模型提供直接的实验依据。
四、各向异性塑性本构模型的建立在建立2219铝合金的各向异性塑性本构模型时，我们首先需要确定模型的类型和参数。
根据前人的研究结果和我们的实验数据，我们选择了一种既能够反映材料各向异性特性又相对简单的本构模型。
该模型基于位错动力学理论，考虑了材料的微观结构（如晶粒取向、晶界等）对塑性变形的影响。
模型的参数将通过实验数据（如应力-应变曲线、显微结构变化等）进行拟合得到。
在模型的建立过程中，我们使用了多种数学工具（如微分方程、有限元方法等）来描述材料的变形行为。
基于数字散斑应变测量法的薄板各向异性力学性能研究
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摘 要 ： 统 地 说 明 了采 用 数 字 散 斑 相 关 法 研 究 薄 板 各 向异 性 的 实 验 方 法 和 数 据处 理 方 法 ， 而 对 Ｓ Ｃ 系 进 Ｐ Ｃ钢 板 和 Ａ ０ １ Ａ６ ６ 铝 板 的 各 向异 性 及 其 演 化 规 律 进 行 了 研究 。结 果 表 明 ： 斑 应 变 测 量 法 是 一 种 获 取 薄 板 力 学 性 能 的 有 效 手 段 ， 最 大 优 散 其 点 在 于 能 够 获 得 变 形 过 程 中的 整 体 应 变 场 ， 是 研 究 复 杂 加 载 条 件 下 材 料 力 学 性 能 的关 键 ； 于 Ｓ Ｃ 这 对 Ｐ Ｃ钢 板 。 流 动 应 其 力 的各 向异 性 并 不 严 重 ， 全 量 和增 量形 式 的 Ｌ ｎ ｆｒ 但 ａ ｋｏｄ系数 （ 值 和 ｒ值 ） 表 现 出 了 明显 的各 向异 性 ， ｒ 均 且其 值 随 着 变 形 的增 加 而 逐 渐 降 低 ， 与传 统 的 采用 引伸 计 进 行 应 变测 量 时 只 能获 得 恒 定 的 Ｉ ｎ ｆｒ 数 不 同 ； 于 ＡＡ ０ １铝 板 ， 这 ． ｋｏｄ系 ａ 对 ６６ 其 流 动 应 力 和 ， 的各 向异 性 均 不 明显 ， 与 轧 制 方 向成 不 同 角度 试样 的伸 长 率 表 现 出 了明显 的差 异 ． 且 流 动 应 力 的 加 值 但 ， 并 工 硬 化 速 率 和 ｒ值 在 拉 伸真 实 应 变 处 于 ０ １ ～ｏ ２ ． ５ ．０时 出现 了 剧 烈 的波 动 ； 着 变 形 的 增 加 ， 种 薄 板 应 变 的 各 向 异 性 随 两 都 逐 渐 增 强 ， Ｐ Ｃ钢 板 增 强 得 更 为 明 显 。 ＳＣ
铝基非晶合金的制备、性能与应用研究进展
精 密 成 形 工 程第16卷 第3期 62JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2024年3月收稿日期：2024-02-21 Received ：2024-02-21引文格式：曹梓恒, 郭威, 吕书林, 等. 铝基非晶合金的制备、性能与应用研究进展[J]. 精密成形工程, 2024, 16(3): 62-75. CAO Ziheng, GUO Wei, LYU Shulin, et al. Progress in Research on Preparation, Properties and Application of Al-based Amor-phous Alloys[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(3): 62-75. *通信作者（Corresponding author ） 铝基非晶合金的制备、性能与应用研究进展曹梓恒1，郭威1,2,3*，吕书林1，王锦程2，吴树森1（1.华中科技大学 材料科学与工程学院 材料成形与模具技术全国重点实验室，武汉 430074；2.西北工业大学 凝固技术国家重点实验室，西安 710072；3.深圳华中科技大学研究院，广东 深圳 518057） 摘要：铝基非晶合金因其独特的物理和化学性能在诸多领域具有广泛的应用前景，综述了铝基非晶合金的成分体系、制备方法、性能特点及应用研究进展。
首先，介绍了铝基非晶合金的发展历史和成分体系，目前铝基非晶主要分为3大体系：二元、三元和多元体系，以及综合性能和形成能力2大方面，多元体系表现更佳，并逐渐向更多元化发展；其次，系统介绍了铝基非晶合金的制备方法，包括粉末状、薄带状、块体样品的制备，相较于非晶薄带的制备，块体和粉状的制备方法较为丰富，而粉状非晶通常作为铝基非晶涂层的预制材料；随后，详细介绍了铝基非晶合金的性能特点、应用现状及发展趋势，从性能上来看，铝基非晶在强度和硬度以及耐腐蚀性能上表现良好，目前主要以涂层的形式参与应用，除此之外，研究者们也开始对磁性和热塑性展开研究，由于玻璃形成能力的限制，作为结构材料的应用较少；最后，对其未来应用前景进行了展望，认为涂层是目前铝基非晶合金最具应用前景的工程化方式。
5A06铝合金板材热态本构模型及韧性断裂准则
5A06铝合金板材热态本构模型及韧性断裂准则刘康宁;郎利辉;续秋玉【摘要】In order to obtain the formation characteristics of 5A06 aluminium alloy sheets,uniaxial tensile tests were conducted under different conditions. From hot tensile and fracture tests,a modified Misiolek equation was defined that extrapolated the flow stress from the diffuse necking of the metal sheet. By using a radial basis unction (RBF)artificial neural network,a Crockroft-Latham ductile fracture threshold prediction model was also developed. An evaluation of the network compared model results with experimental data. Results show that the material flow stress is very sensitive to temperature and strain rate,and the RBF artificial neural network can predict the ductile fracture threshold with a maximum error of less than 10. 6％ .%为了获取材料在不同条件下成形性能指标,对5A06铝合金板材进行了热态单向拉伸试验,结合热态单向拉伸试验和韧性断裂试验结果,提出了一种修正Misiolek模型;利用修正模型的外插性能预测颈缩后板材流变应力,应用径向基函数神经网络算法建立了Cockroft-Latham韧性断裂阈值预测模型,并对该模型进行了预测精度评估.结果表明,流变应力对温度及应变速率敏感,对比径向基函数网络模型预测误差小于10.6％.【期刊名称】《西南交通大学学报》【年(卷),期】2018(053)001【总页数】5页(P214-218)【关键词】铝合金;本构模型;热态;韧性断裂准则;径向基函数网络【作者】刘康宁;郎利辉;续秋玉【作者单位】北京航天发射技术研究所,北京100076;北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100191;北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100191;航天材料及工艺研究所,北京100076【正文语种】中文【中图分类】TG146.2轻质合金材料一般在常温下具有较低的塑性，成形性能较差.在热态条件下的成形性大大提高，许多板材的成形技术［1］均利用了这一特点，使复杂结构薄壁类零部件的加工制造变为可能.然而在热态条件下，这类材料力学性能参数、成形极限、断裂阈值受温度、变形速度等多种因素影响，导致材料模型复杂，同时也对轻量化合金热态条件下的韧性断裂评判标准提出了更高要求.准确建立材料在相应条件下力学模型、获取材料在不同变形条件下成形性能指标一直是板材成形过程中工艺分析及工艺优化的关键.韧性断裂是板材塑性加工过程中重要的失效类型［2］，多数钣金成形工艺均把韧性断裂作为材料成形极限的重要指标.基于韧性损伤理论的韧性断裂准则是预测板料成形极限指标的有效方法.国内外学者在理论及试验研究基础上提出了多种韧性断裂准则［3-4］，其中应用较广的有 Cockroft-Latham 准则［5］、Brozzo 准则［6］及 Oyane 准则［7］.这些准则多采用阈值控制的方法，即某处材料超过了一定阈值便认为材料发生断裂.与传统的Swift失稳理论、M-K沟槽理论相比，金属韧性断裂理论可解决具有复杂应力状态及非线性加载历史的塑性成形的断裂失效问题.同时，由于金属韧性断裂模型具有简单、参数求解方便等优点，被广泛应用于成形过程数值仿真分析［8］.5A06铝合金是具有代表性的铝镁系防锈铝合金材料［9］，因其具有较高的比强度并有良好的耐腐蚀性及焊接性，在航空航天领域应用十分广泛.该材料在常温下塑性较差，加热条件下成形性会有明显改善，其热变形行为较为复杂，对变形条件十分敏感.本文中通过热态单向拉伸试验，获取了不同温度及应变率条件下5A06铝合金板材颈缩前的应力-应变曲线，在对比Misiolek模型基础上，提出了修正Misiolek本构模型，利用热态本构模型外插性能及数值积分法确定不同温度及应变速率条件下的Cockroft-Latham韧性断裂阈值.利用径向基函数人工神经网络算法对5A06-O 板材断裂阈值预测模型进行了训练.在建立的断裂阈值预测模型及热态本构方程基础上，预测了200℃条件下宽板弯曲及热态胀形过程韧性断裂临界条件，并与试验数据进行了对比.1 试验1.1 热态单向拉伸试验试验选择厚度为1.5 mm的5A06-O铝合金板材，其化学成分见表1，表中:wB为质量分数.采用长春试验机研究所CCS-88000电子万能试验机，根据GB/T 4338—2006《金属材料高温拉伸试验方法》，在不同温度(150、200、250、300 ℃)、不同应变率(0.055 00、0.005 50、0.000 55 s－1)条件下进行试件的热态单向拉伸试验.通过对单向拉伸试件印制网格，获取单向拉伸状态下板材破裂处极限应变数据，利用该数据确定断裂阈值.表1 5A06-O铝合金板材化学成分Tab.1 Chemical composition of the 5A06 alloy元素 Mg Si Fe Cu Mn Zn Ti Al wB/% 5.9 0.4 0.4 0.1 0.7 0.20.06 其余单拉试验环境箱采用封闭式整体对流加热，获取共计12组数据，试样在拉伸前保温10 min，计算得到颈缩前应力-塑性应变曲线如图1所示，图中: ε为材料应变率.图1 5A06铝合金板材流动应力-塑性应变曲线Fig.1 Flow stress vs.plastic strain of the 5A06 alloy sheet由图1可以看出，在相同温度条件下，5A06铝合金板材的流变应力随着应变率的增加而增大;低于250℃后，材料变形主要以加工硬化为主，应力-塑性应变曲线近似为幂函数型，随着温度的升高(高于250℃)，金属原子热运动加剧，动态回复(再结晶)效应愈加明显，此时软化机制占主导，使材料变形曲线呈现加工软化特点.另外，动态回复(再结晶)过程进行需要一定时间，较低的应变速率可使软化现象更加显著.1.2 热态宽板弯曲及胀形试验本文进行了200℃不同变形速率条件下宽板弯曲试验与胀形试验，其中，宽板弯曲试样长100 mm，两端夹持段宽度50 mm，中间平行段宽度39 mm，平行段与两端过度圆角24 mm;胀形试验内凹模直径100 mm.试验前，通过电化学腐蚀法在试样表面印制直径为2.5 mm网格阵列，以测量破裂时应变.宽板弯曲试验及胀形试验分别在BSC-50AR板材成形试验机及YRJ-50板材充液热胀形-拉深试验机上进行.2 修正Misiolek本构模型金属热态本构关系反映了材料流变应力特征，是材料在热态条件下的重要力学性能，描述了应力随着应变率、温度及变形程度的变化，在制定合理热加工工艺、金属塑性变形理论研究及有限元仿真计算中均起着重要作用［10］.在热态变形过程中，5A06铝合金等轻量化合金材料加工硬化、动态回复软化机制相互作用，使流变应力曲线呈现出对温度及应变率的敏感性，增加了预测难度.国内外研究学者对热环境下材料流动应力的研究多基于Arrhenius形式，热激活流动模型或其修正形式［11-13］，适用于预测具有饱和应力特征的金属高温流变应力，对于温热条件下如铝合金等轻质合金材料的预测效果并不理想.单拉试验可以较为精确地获取颈缩前的板材应力-应变曲线，板材成形过程一般具有较大的变形量，当计算仿真分析过程中，板材变形程度超过单向拉伸试验中最大均匀变形量时，模拟结果会出现误差.本文通过建立适用于5A06铝合金温热状态本构模型，利用单拉试验中获取不同条件下的流变应力曲线确定模型参数，采用本构模型外插计算方法预测颈缩后材料力学性能的变化规律.对比国内外学者提出的本构模型［14-15］，本文选择以Misiolek模型［16］为基础，构造该模型修正形式，以反映温度及应变率对材料流变应力的影响规律.修正Misiolek本构模型如式(1)、(2).式中:(ε0+p)n( ε，T)为幂函数强化项;em( ε，T)p为软化因子;其余物理量含义见文献［16］.假定Misiolek模型各参量C、n、m分别与ξ及η呈抛物线关系.对C、n、m值进行非线性高次函数拟合，得到的修正Misiolek本构模型及模型参数如式(3)、(4)，式中:M、N、P分别为不同参数的修正系数.修正Misiolek本构模型计算应力与试验数据对比如图1所示.由图1可以发现，修正Misiolek本构模型预测结果与试验应力-应变曲线较为吻合.3 韧性断裂阈值确定采用阈值控制方法确定金属韧性断裂准则，可用于预测非线性加载塑性变形过程断裂失效问题.Crockroft-Latham断裂准则是目前应用较广的韧性断裂准则［17］.该准则认为，在不同温度、变形速率条件下，塑性变形最大拉应力是导致材料破坏的主要因素，单位体积拉应力功达到某一临界值时材料便发生断裂.Crockroft-Latham断裂准则所需待定变量较少，参数获取简单，预测精度较高，适用于轻质合金板材热态成形过程断裂性能预测.Crockroft-Latham断裂准则为式中:I为临界断裂应变能;珔εf为断裂发生处的等效应变;σmax为最大拉应力;珔ε为某一时刻的等效塑性应变.本文建立的5A06铝合金热态韧性断裂准则忽略了板材各向异性影响，屈服函数选用各项同性Von-Mises屈服模型及相应等效应变计算公式，利用提出的修正Misiolek本构模型外插延伸性，建立板材颈缩后流变应力曲线，并利用数值积分算法，将式(5)进行梯形积分离散化处理，得利用读数显微镜测取热态单向拉伸试验破裂点周围极限应变数据，将其作为断裂发生处的等效应变珔εf值，将式(3)～(4)代入式(6)，得到5A06铝合金不同条件下Cockroft-Latham韧性断裂阈值，如表2所示.由表2可知，5A06铝合金韧性断裂阈值随温度的升高而逐渐降低，与该铝合金材料变形抗力随着温度的变化趋势一致;在低于250℃条件下，断裂阈值随着变形速度的降低而增大，这是因为变形速度越低，材料回复过程越充分，金属晶体缺陷消除程度增大，得到更大的变形量;300℃条件下该趋势与之相反，本文认为与材料在300℃条件下流变应力对变形速度敏感程度较大及应力值较低有关.表2 不同条件下5A06铝合金Crockroft-Latham韧性断裂阈值Tab.2 Crockroft-Latham fracture threshold of the 5A06 Al alloy under variousconditions MPa应变速率/s－1 温度/℃150 200 250 300 0.055 00 76.535 73.423 65.652 65.105 0.005 50 91.979 80.172 71.438 58.668 0.000 55 115.048 90.071 73.938 51.417径向基函数(RBF，radial basis function)神经网络是一种前馈型人工神经网络［18-19］，基本思想是利用对中心点径向对称的非负非线性函数作为隐含层单元的“基函数”构成隐含层空间，将输入矢量映射到隐空间，以任意精度全局逼近一个非线性函数.文中利用径向基函数网络算法对5A06板材断裂阈值与变形条件关系模型网络进行了训练，建立的断裂阈值预测模型及热态本构方程，在此基础上预测200℃时，宽板弯曲及热态胀形过程韧性断裂临界条件，并与试验结果对比.典型径向基函数(RBF)神经网络通常具有3层网络结构［20］，包括输入层、隐含层、输出层.RBF网络中常用的径向基函数为高斯函数，其激活函数如式(7)所示.用式(7)实现了输入矢量到隐函数空间的非负非线性映射.式中:xp－ci为欧氏范数;ci为隐含层节点中心;xp=(x1p，x2p，…，xNp)为第 p个N 维输入样本;γ 为隐含层节点归一化参数.基于径向基函数网络，由式(8)确定从隐含层空间到输出层空间的线性变换.式中:wij为隐含层到输出层的连接权值;h为隐含层的节点数;yj为与xp对应的第j个输出节点值.编写RBF神经网络模型训练程序，输入表2中的5A06铝合金不同变形条件下韧性断裂阈值，添加必要中间插值节点并归一化后，建立了该材料在150～300 ℃，应变速率在0.055 ～0.000 55 s－1间的Crockroft-Latham断裂阈值预测模型，经过27次迭代训练得到最终训练均方误差，均方误差小于1×10－6.4 试验对比分析利用建立的径向基函数神经网络，结合修正Misiolek本构模型，计算200℃时的不同变形速率、不同变形路径下Crockroft-Latham韧性断裂阈值，结果如图2所示.由图2可知，利用径向基函数网络得到的预测值与试验值较为吻合，其最大误差为10.63%，表明文中建立的韧性断裂准则预测模型能较好地预测5A06铝合金板材不同变形条件下的断裂阈值.图2 预测结果与试验结果对比Fig.2 Comparison between predicted and test results5 结论(1)通过5A06铝合金板材热态下单向拉伸试验发现，该材料应力曲线具有显著的温度敏感性及应变率敏感性特点，在250℃以上时，曲线出现软化趋势.(2)基于单向拉伸试验数据，提出了一种修正Misiolek本构模型，该模型可反映不同温度及应变速率影响下的5A06铝合金板材流变应力特征，模型预测结果与试验曲线较为吻合.(3)利用径向基函数神经网络算法，结合修正Misiolek本构模型，本文建立了5A06板材热态Crockroft-Latham韧性断裂阈值预测模型，结合热态胀形试验及宽板弯曲试验对该神经网络模型实用性进行了验证，对比结果发现，模型预测误差在10.63%内.参考文献:【相关文献】［1］ LANG Lihui，LIU Kangning，CAI Gaoshen，et al.A criticalreview on specialforming processes and associated research for lightweight components based on sheet and tube materials［J］.Manufacturing Review，2014，1(9):1-20.［2］杨锋平，罗金恒，张华，等.金属延性断裂准则精度的评价［J］.塑性工程学报，2011，18(2):103-106.YANG Fengping，LUO Jinheng，ZHANG Hua，et al.Evaluation of ductile fracture criterions［J］.Journal of Plasticity Engineering，2011，18(2):103-106.［3］虞松，陈军，阮雪榆.韧性断裂准则的试验与理论研究［J］.中国机械工程，2006，17(19):2049-2052.YU Song Y，CHEN Jun，RUAN Xueyu.Experimental and theoretical research on ductile fracture criterion［J］.China Mechanical Engineering，2006，17(19):2049-2052.［4］余心宏，翟妮芝，翟江波.应用韧性断裂准则预测板料的成形极限图［J］.锻压技术，2007，32(5):44-47.YU Xinhong，ZHAI 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基于各向异性的铝合金动态力学性能及切削本构模型研究
航空铝合金在航空航天等高端装备中的应用非常广泛,由于经过轧制、预拉伸等成形工艺和添加成分的不同导致了基体形成的组织结构呈现出性能较大差异,对实际的加工和应用过程中会产生复杂的影响。
在材料去除率高、质量要求高的航空航天工业多采用高速切削加工,相对于传统切削,更高的切削速度在材料切削变形区呈现出明显的局部高应变率、大应变、瞬时高温和材料脆化等特征,增加了构建准确描述材料力学性能模型的难度。
由于试验手段和建模方法等的局限,导致了所构建的材料本构模型对高速切削加工的适应性不高,直接影响到航空航天铝合金高速切削模拟精度。
论文以各向异性7050-T7451铝合金为研究材料,重点针对铝合金板材在不同取向(轧向、法向、横向)的动态加载下表现的不同动态力学行为进行了研究,借助材料实验、切削实验与数值模拟,通过研究材料各取向工件变形的动态力学性能数据、切削力、切削温度等数据,分别建立了能初步反映各向异性的材料本构模型。
沿7050-T7451铝合金轧板轧向、法向、横向获取的试样,完成了常温动态冲击压缩实验,对三种取向试样的动态力学性能数据进行了分析;利用实验数据分别确定了三种取向的J-C本构参数,并将结果输入到DEFORM 3D有限元软件中,建立了动态冲击压缩有限元模型,对比了数值模拟与实验结果,验证了本构模型的材料参数的有效性。
基于Oxley正交切削理论,对三种取向的试样进行高速正交切削实验,重点对不同切削速度、进给速度下的实验切削力、切削温度、剪切角等变化规律进行了分析;将Oxley正交切削模型与J-C本构模型结合,并利用三种取向试样的实验数据结果与正交切削反求法,修正动态冲击压缩实验获得的材料各取向本构参数,得到高速切削条件下的J-C本构参数。
将获得高速切削本构参数导入到Advant Edge FEM切削软件中,建立了高速切削二维有限元几何模型,对高速切削加工过程进行了数值模拟,重点分析了此过程中的切削力、切削温度的数据变化规律,并与实验结果进行对比,分析了材料各向异性对材料切削性能的影响。
结果表明所建立的各向材料模型可满足高速切削过程模拟并保证精度。