不同圆角过渡的3A21铝合金矩形管弯曲壁厚变化与损伤研究
2024铝合金在强变形过程中时效析出相的演变
ａｎｄ ２００％（ｂ ）
图 ４、图 ５ 分别为时效态、过时效态未变形试样 与强塑性变形试样的 Ｘ 射线衍射能谱比对图。
从而得出实际的应变量并做记录。挤压后测定变形 面的硬度值，再将试样沿轴旋转 ９０°后再次进行挤
者研究了 ２０２４ 铝合金在“二向反复累积变形”中组 压。
织、性能的变化，特别是析出相的改变。 １ 试验材料和方法
试样用材料采用高纯铝、和铝－铜中间合金配
硬度测试在维氏硬度测试仪上进行，载荷 １００ｇ；在光学显微镜和操作电压为 １６０ｋＶ 的 ＪＥＭ－ ２０００ＥＸ 透射电镜（ＴＥＭ）下观察显微组织；试样采
二相再次以细小颗粒析出，成为使亚微米或纳米晶 上进行，在变形过程中试样采用冷水冷却。变形方
粒具有较高热稳定性的原因。在强变形过程中第二 式如图１所示：将试样置于夹头正中央，设定每次加
相质点的回溶是一个新的、重要的微观现象，对时 载后的变形量为３０％，并测量变形前后试样的尺寸，
效强化型合金制定新的热处理技术原型具有潜在的 重要意义。为了对这一现象有更深入细致的了解，作
根据金属材料强化理论［８～９］ ，再结晶温度下，由
《热处理》 ２００５ 年第 ２０ 卷第 ２ 期
·２ ７ ·
Ｉ
Ｉ Ａｌ Ａｌ２Ｃ ｕ
Ａｌ Ａｌ２Ｃ ｕ
ａ ａ
ｂ
ｂ
２θ ２５ ３０ ３５ ４０ ４５ ５０ ５５ ６０ ６５ ７０ ７５ ８０ ８５ ９０ ９５ １００
图 ４ 时效态试样 ｘ 射线衍射图（ａ 累计变形 ３４０％；ｂ 未 变形）
不同细骨料下不锈钢管混凝土构件受弯性能研究
文章编号：1000-4750(2021)10-0200-15不同细骨料下不锈钢管混凝土构件受弯性能研究张伟杰1，廖飞宇1，侯 超2，任 彧3，谈建俊1，任梦璐1(1. 福建农林大学交通与土木工程学院，福建，福州 350108；2. 南方科技大学海洋科学与工程系，广东，深圳 518055；3. 福建建工装配式建筑研究院有限公司，福建，福州 350001)摘 要：为考察不同细骨料种类对不锈钢管混凝土的受弯性能的影响，进行了24根不锈钢管混凝土构件在纯弯荷载作用下的力学性能试验研究。
试验的主要参数为：细骨料种类、截面形状和剪跨比。
基于试验结果，对比了不锈钢管原状海砂混凝土、不锈钢管淡化海砂混凝土和不锈钢管普通河砂混凝土3类构件的破坏模态，并分析了各主要参数对试件荷载-变形关系曲线、受弯承载力和抗弯刚度的影响规律。
试验结果表明：采用原状海砂和淡化海砂取代普通河砂，对不锈钢管混凝土构件受弯承载力和刚度的影响较小。
建立了不锈钢管混凝土纯弯构件的有限元分析模型，并利用模型对影响构件力学性能的重要参数进行了分析，在此基础上提出了圆形和方形不锈钢管混凝土受弯承载力的简化计算公式，可为相关工程实践提供参考。
关键词：不锈钢；海砂混凝土；抗弯承载力；抗弯刚度；简化计算公式中图分类号：TU398+.9 文献标志码：A doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0746EFFECT OF FINE AGGREGATE TYPE ON FLEXURAL BEHAVIOR OFCONCRETE-FILLED STAINLESS STEEL TUBULAR MEMBERSUNDER PURE BENDINGZHANG Wei-jie 1 , LIAO Fei-yu 1 , HOU Chao 2 , REN Yu 3 , TANG Jian-jun 1 , REN Meng-lu 1(1. College of Transportation and Civil Engineering, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China;2. Department of Ocean Science and Engineering, Shenzhen Institute of Information Technology, Shenzhen 518055, China;3. Fujian Construction Engineering Prefabricated Building Research Institute Co. Ltd, Fuzhou 350001, China)Abstract: To evaluate the influence of different types of fine aggregate on the flexural behavior of concrete filled stainless steel tubes, a total of 24 concrete filled stainless steel tubular (CFSST) specimens were tested. The main test parameters include the types of fine aggregates, the cross-sectional shape and the shear span ratio. Based on test results, the failure modes of composite members infilled respectively with original sea sand, desalted sea sand and river sand were compared. The influences of the above factors on the load-deformation curve, the flexural strength and the flexural stiffness of the specimens were experimentally analyzed. The test results show that replacing river sand by original sea sand or desalted sea sand has minor influence on the flexural strength and the flexural stiffness of CFSST specimens. A finite element (FE) model was then established to simulate the behavior of CFSST members under pure bending, with further parametric studies performed. Finally, simplified models for calculating the bending capacity of the circular and square CFSST beam were proposed to provide reference for practical applications.Key words: stainless steel; sea sand concrete; flexural strength; flexural stiffness; simplified formula收稿日期：2020-10-17；修改日期：2021-02-19基金项目：国家自然科学基金项目(51878176)；福建省科技重大专项项目(2019HZ07011)通讯作者：廖飞宇(1978−)，男，福建人，教授，博士，博导，主要从事钢-混凝土组合结构研究(E-mail: *******************.cn ).作者简介：张伟杰(1988−)，男，山西人，助理实验师，博士生，主要从事钢-混凝土组合结构研究(E-mail: *****************);侯 超(1988−)，男，山东人，副教授，博士，博导，主要从事钢-混凝土组合结构研究(E-mail: ****************.cn );任 彧(1974−)，男，福建人，教授级高工，硕士，主要从事结构设计研究(E-mail: **************);谈建俊(1991−)，男，江苏人，工程师，硕士，主要从事钢-混凝土组合结构研究(E-mail: ****************);任梦璐(1993−)，女，福建人，助理工程师，硕士，主要从事钢-混凝土组合结构研究(E-mail: ****************).第 38 卷第 10 期Vol.38 No.10工 程 力 学2021年10 月Oct.2021ENGINEERING MECHANICS200近三十年来我国迅速发展的土木工程基础建设产生了巨量的混凝土需求与有限的自然资源之间的矛盾[1 − 2]，作为混凝土主要原材料之一的河砂由于过度开采已经造成严重的生态问题[3]。
变形条件对2124铝合金超厚板流变行为与显微组织的影响
第16卷第5期2009年10月塑性工程学报JOURNAL OF PLAST ICITY ENGINEERINGVol 16 No 5Oct 2009doi:10 3969/j issn 1007 2012 2009 05 023变形条件对2124铝合金超厚板流变行为与显微组织的影响(现代复杂装备设计与极端制造教育部重点实验室中南大学,长沙 410083)湛利华 毛大恒 刘坚摘 要:在Gleeble 1500热/力机上进行了变形条件对2124铝合金超厚板流变行为与显微组织的影响规律的系列实验研究,得到了不同变形条件下2124铝合金超厚板高温压缩成形过程中的流变曲线。
实验结果表明,2124铝合金在0 01s -1~1s -1范围内,高温压缩变形过程存在近稳态流变特征,近稳态流变应力随着应变速率的降低和变形温度的升高而降低。
当应变速率为10s -1时,真应力 真应变曲线出现锯齿状,说明合金发生动态再结晶现象。
利用OM 和T EM 分别研究了变形温度、应变速率、应变量对2124铝合金高温压缩变形显微组织的影响,在此基础上,分析并建立了2124铝合金热压缩变形发生动态再结晶的临界条件。
关键词:2124铝合金;G leeble 1500;流变性能;显微组织中图分类号:T G113 26 文献标识码:A 文章编号:1007 2012(2009)05 0118 07Influence of deformation conditions on rheological behavior andmicrostructure of 2124aluminum super thick stripZH A N Li huaM AO Da hengL IU Jian(K ey L abor ator y of M odern Co mplex Equipment Desig n and Ex treme M anufact ur ing (Cent ral So ut h U niv ersity ),M inistry of Educatio n,Chang sha 410083 China)Abstract:Ser ies ex perimental researches about the influence o f defor matio n conditio ns on rheolog ical behavio r and micr ostr ucture of 2124aluminum super thick strip w ere conducted w ith Gleeble 1500T her mal M echanica l Simulation T ester.Exper imental r e sults show that during high temperature and differ ent str ain rate betw een 0 01s -1~1s -1,the defo rmation behavior of 2124alu minum takes o n quasi steady state rheolo g ical char act eristic.Its rheolog ical stress decreases w ith t he increase o f defor mation tem peratur e and the decrease o f str ain r ate.W hen the strain rate is higher than 10s -1,t he true str ess and t rue stra in cur ve fluctuates in saw to oth,w hich indicates dy namic recr ystallizatio n phenomena o ccur in such alloy.T he O M and T EM wer e both used to ana lyze the influence of defor mation temperature,stra in rate and str ain value o n the micro st ruct ur e of 2124aluminum.T he crit ical co nditions for dynamic r ecr ystallization wer e established based on abo ve ana lysis.Key words:2124aluminum alloy;G leeble 1500;rheo log ical behavior;microstr ucture湛利华 E mail:yjs cast@mail csu edu cn作者简介:湛利华,女,1976年生,博士,副教授,主要从事材料制备方向的教学和科研工作收稿日期:2008 11 15;修订日期:2009 04 01引 言铝合金超厚板是一种用量大、加工技术高度集中的新型关键性结构材料[1]。
前处理对不同铝合金腐蚀性能及机制的影响
理型.
金属及非金属金元素的加入使得铝合金可
应用于不同的领域和环境ꎬ也赋予了铝合金一些
特有性能特征. １０００ 系铝合金在所有系列中属
于 含 铝 量 最 多 的 一 个 系 列ꎬ 纯 度 可 以 达 到
收稿日期: ２０２１ － ０８ － ０８
验后ꎬ表面出现不同程度的腐蚀ꎻ电化学测试结果表明ꎬ打磨前处理后ꎬＡＡ１０６０、ＡＡ２０２４、ＡＡ３００３
和 ＡＡ５０５２ 铝合金的自腐蚀电位均有不同程度的降低ꎬＡＡ１０６０、ＡＡ３００３ 和 ＡＡ５０５２ 铝合金极化电
阻均有不同程度的变大ꎬ对比发现ꎬＡＡ２０２４ 锈蚀最为严重.
关键词: 铝合金ꎻ 防腐性能ꎻ 电化学
淡ꎬ由于表面均有氧化膜的保护ꎬ所以腐蚀程度
ＡＡ３００３ 仅仅是在边缘部位出现了少量的白色
及状态大体相同ꎬ没有特殊的现象发生.
腐蚀产物ꎬ其他部位颜色变深ꎬ没有出现大规模
的腐蚀ꎻＡＡ５０５２ 表面出现了少量的黑色和白色
腐蚀产物ꎻＡＡ６０６１ 打磨后表面腐蚀状态与未打
磨表面腐蚀状态较为相近ꎬ表面颜色变深ꎬ且出
ａｆｔｅｒ ２４ ｈ ｓａｌｔ ｓｐｒａｙ ａｆｔｅｒ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
后的 ＡＡ１０６０ 自腐蚀电位从未打磨的 － ０ ６８ Ｖ
降至 － １ ０５ Ｖꎬ降低了 ０ ３７ Ｖꎬ自腐蚀电流降低
了一个数量级ꎬ极化电阻也有大幅度的升高ꎬ且
出现了明显的钝化区. 这进一步说明表面自然形
干净ꎬ再 用 无 水 乙 醇 冲 洗ꎬ 烘 干 后 放 入 干 燥 箱
待用.
０ ５６
１ ６３
０ ０４
２ ２７
０ ０８
填充不同材料条件下管材三维自由弯曲变形行为研究
填充不同材料条件下管材三维自由弯曲变形行为研究程旋;魏文斌;熊昊;王成;余耀晖;万柏方;王林涛;陶杰【摘要】目的研究三维自由弯曲过程中,不同填充材料对管材成形性能的影响,比较不同填充材料的影响效果.方法建立相关力学模型,分析比较固体填充物以及柔性填充物对成形质量不同的影响机理,并基于ABAQUS有限元仿真软件,对成形过程进行数值模拟分析.结果与填充PU棒时成形结果相比,当填充SS304钢珠时,管材具有更好的成形性以及更小的厚度变化率,同时,当内部填充材料时,管材椭圆率均会降低,且当填充材料为SS304钢珠时,椭圆度最低可达2.6％.结论将三维自由弯曲技术与填充成形技术相结合,可以有效提高管材成形性能,并且固体填充物要好于柔性填充物,有限元模拟及实验验证了模型的正确性.【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2018(010)004【总页数】6页(P22-27)【关键词】三维自由弯曲成形;填充弯曲;力学模型;有限元模拟【作者】程旋;魏文斌;熊昊;王成;余耀晖;万柏方;王林涛;陶杰【作者单位】南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京 210016;江苏省核能装备材料工程实验室,南京 210016;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京210016;江苏省核能装备材料工程实验室,南京 210016;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京 210016;江苏省核能装备材料工程实验室,南京 210016;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京 210016;江苏省核能装备材料工程实验室,南京 210016;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京 210016;江苏省核能装备材料工程实验室,南京 210016;江苏图南合金股份有限公司,江苏丹阳 212352;江苏图南合金股份有限公司,江苏丹阳 212352;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京 210016;江苏省核能装备材料工程实验室,南京 210016【正文语种】中文【中图分类】TG306三维自由弯曲技术作为金属塑性成形领域近年来一项先进技术创新，可实现管材、型材、线材精确无模连续弯曲成形，在汽车、航空航天、舰船等领域有广泛应用，对传统金属构件弯曲成形技术形成了巨大挑战，近年来受到越来越多的关注[1—3]。
试论铝合金扁锭弯曲的成因及预防措施
试论铝合金扁锭弯曲的成因及预防措施摘要:扁锭主要存在的缺陷包括：弯曲变形、裂纹、气泡、疏松、表面不光滑等等。
实际在生产的过程中，铸锭产生弯曲或者是铸造失败主要是由于：冷却水压不是特别稳定，引锭头牵引的速度不均匀或者是铸造的速度过快。
而本文分了析铝合金扁锭在生产的过程中出现弯曲现象的原因，并进一步提出有效的预防措施。
关键词:铝合金扁锭；缓慢性弯曲；位移性弯曲；冷却强度实际在生产铝合金扁锭的过程中，大部分的废品都是由于弯曲导致的。
为了降低这一缺陷，本文就对原工艺技术条件进行了优化攻关，并且提出了有效的预防控制措施。
一、弯曲类型经过铝合金扁锭出井时的实地测量观察，我们发现铝合金扁锭的弯曲现象有两类，一类是缓慢性弯曲，这种弯曲在扁锭的大面和侧面均可发生，其特征是从扁锭侧面方向观察，两个大面一个呈慢弧形凸起，一个呈慢弧形凹陷，或者从扁锭大面方向观察，两个侧面一个呈慢弧形凸起，一个呈慢弧形凹陷，而且扁锭越长，弯曲看起来越明显。
另一类是位移性弯曲，从目前情况看，这种弯曲全部发生在侧面，即从扁锭大面方向观察，在扁锭中间区段某一部位，两个侧面朝统一方向发生了明显的位移偏差，大面和侧面的交汇边沿不再呈一条直线。
在上述两类弯曲中，位移性弯曲特征较明显，很容易发觉，而缓慢性弯曲是渐进式的弯曲，在较短的长度区间内，位移偏差极其微小，肉眼很难发觉，但随着铸造的进行，扁锭长度越来越长，位移偏差逐渐累积起来，弯曲也就显现出来，扁锭的铸造长度越长，弯曲看起来越明显。
二、弯曲成因（一）缓慢性弯曲成因铝合金扁锭缓慢性弯曲的成因是由于扁锭的引锭头放置得不平稳，其相对的两个大面或侧面在与底座接触时不在同一水平面上，呈现出一侧高、一侧低的状况。
事实上，这种不平稳也是极其微小的，肉眼很难察觉，但通过水平尺等测量仪器可以测量出来。
这种微小的不平稳势必导致结晶器内相对的两个大面或侧面之间的铝液量产生差别，在冷却强度相同的情况下，偏高的一面铝液量少、先凝固，偏低的一面铝液量多、后凝固，结晶速度也就产生了微小差别，在铸造应力和自身重力的作用下，扁锭便向铝液量多的一侧产生微小弯曲，随着铸造过程的进行，扁锭的长度逐渐增加，这种微小弯曲逐渐累积显现出来便形成了缓慢性弯曲。
过渡圆角对有限元计算结果及应力分类影响研究
过渡圆角对有限元计算结果及应力分类影响研究摘要：本文以平板封头与筒体连接受均匀内压为例，建立不同尺寸过渡圆角的四种有限元模型，分别计算分析，并对结果进行应力分类，得出过渡圆角对有限元计算结果及应力分类影响的相关结论。
关键词：过渡圆角应力分类有限元应力分类一、引言在压力容器的应力分析中，根据所受载荷及应力的位置，可以将总的应力分解为一次、二次和峰值应力，对不同性质的应力采用不同的强度评定准则。
有限元法是最成熟的数值计算方法，对复杂结构在各种载荷作用下的强度计算起到十分重要的作用。
但有限元解的精确程度取决于模型的准确和有限元网格的多少，特别是在结构几何变化较大处会产生应力集中。
研究局部几何形式和网格密度对计算结果的影响以及对各种应力分类的影响是本文的目的。
该研究将对用有限元法进行压力容器的应力分析和强度评定有一定的参考价值。
二、结构的有限元模型建立不带过渡圆角、带50mm过渡圆角、带100mm过渡圆角以及带150mm 过渡圆角四种不同尺寸过渡圆角的平板封头与筒体连接的模型。
材料属性采用弹性模量为200GPa，泊松比为0.3。
在圆筒底边施加约束，并施加1MPa的内压。
采用ANSYS的PLANE2二维六节点三角形轴对称单元。
划分网格时，控制模型单元长度分别为0.04m、0.02m、0.01m、0.005m。
以带150mm过渡圆角尺寸模型为例，列出不同网格划分程度下的有限元模型如图1~图4所示。
三、网格密度对总应力的影响以带150mm过渡圆角尺寸模型为例，列出不同网格划分程度下的应力强度云图如图5~图8所示。
同理，可以得出四种模型下，单元长度分别为0.04m、0.02m、0.01m、0.005m 的各个应力强度云图。
经过分析可以得到不同模型单元网格数与最大应力强度的关系曲线如图9~图12所示。
由图可知，不带过渡圆角时随着网格加密，应力单调增加，表现为发散的情形。
而带有过渡圆角时随网格加密，应力亦在增加，但加密到一定时，应力曲线趋于水平，表明应力收敛。
3A21铝合金真空钎焊工艺的工艺要素确定
2020年第21期真空钎焊是在真空条件下对已经装配好的组装件进行加热，利用真空条件下一系列的物理化学反应，实现去膜和润湿，形成钎焊件的一种高质量的连接工艺方法。
3A21铝合金真空钎焊产品应用范围广，种类多，不同的钎焊产品需要不同的真空焊接工艺。
由于真空钎焊工艺过程较为复杂，影响钎焊接头质量的工艺参数众多，真空钎焊工艺的正确性和合理性必须通过相应的试验加以验证，确保制定的真空钎焊工艺正确应用于生产。
1 确定焊接工艺要素的意义由焊接工艺评定规则可知，焊接工艺要素是焊接工艺评定的重要内容，当焊接工艺要素改变时就应重新进行焊接工艺评定。
因此，分析确定3A21铝合金真空钎焊的哪些焊接工艺因素是焊接工艺要素就成为3A21铝合金真空钎焊工艺评定的必要前提。
明确焊接工艺要素就可以避免每个工艺因素改变都要进行工艺评定，减少不必要的浪费。
2 焊接工艺要素的分析根据焊接工艺评定规则，结合3A21铝合金真空钎焊工艺的具体情况，把影响真空钎焊接头力学性能的焊接工艺因素定为焊接工艺要素，对接头力学性能无明显影响的工艺因素定为次要因素。
3A21铝合金真空钎焊焊接工艺一般分为钎焊件的焊前表面处理、零件的组装与焊料的添加、钎焊热循环三个步骤。
下面分别就钎焊工艺中各个因素对钎焊接头强度的影响进行分析，进而确定3A21铝合金真空钎焊工艺要素。
2.1 钎焊件的焊前表面处理钎焊件的焊前表面处理包括零件油污和有机物的去除、铝表面氧化膜的去除、表面处理后的保存。
①表面油污和有机物的去除。
零件上的油污和有机物在加热时会释放气体，并可能在零件表面留下残留物，从而影响真空钎焊时钎料的润湿。
去除方法主要有有机溶剂清洗、水基去油溶液化学清洗和电化学脱脂等。
无论哪种方法去除油污和有机物都是为了避免影响钎料对母材润湿，进而避免影响钎焊接头的强度，因此去除方法的改变为次要因素。
②铝表面氧化膜的去除。
去除氧化膜的方法有机械清理法、物理清除法和化学去除法。
机械方法是采用锉刀、砂纸、砂轮等方法清理表面氧化膜；物理清除法如超声波清洗等物理清理方法；化学去除是采用酸洗和碱洗的方法去除表面氧化膜。
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不同圆角过渡的3A21铝合金矩形管弯曲壁厚变化与损伤研究
周书辉;刘郁丽;沈化文;杨合 【摘 要】In order to research the damage and wall thickness distribution of 3A21 thin-wall rectangular tube with different fillet in the bending process, the material parameters of Lemaitre criterion were obtained through cyclic loading-unloading tensile tests by using the method of Young's modulus weakening. A user-defined VUMAT subroutine combined Lemaitre criterion was developed based on ABAQUS/Explicit platform. Furthermore, 3D finite element models for bending process of rectangular tube with different fillet were built and the reliability was validated. The results show that the maximum wall-thinning and damage value locates at the section of 50° , and the wall-thinning and damage value increases with the fillet radius decreases. In other words, the tube is more prone to rupture with the cross-section of tube tending to be rectangular.%为获得不同圆角过渡3A21铝合金薄壁矩形管弯曲的壁厚变化和损伤情况,采用弹性模量变化法,通过对拉伸进行试样反复加载、卸载试验,获取了Lemaitre断裂准则中的损伤参数.基于ABAQUS/Explicit的VUMAT二次开发平台,开发了耦合Lemaitre准则的用户材料子程序,建立了相同弯曲半径条件下不同圆角过渡的矩形管弯曲损伤预测三维有限元模型,并对模型的可靠性进行了验证.基于所建模型,研究发现管材壁厚减薄率与损伤最大值均出现在弯曲后截面50.左右,并且管材截面的圆角半径越小,其弯曲后中性层外侧壁厚减薄越严重,损伤值越大,即管材截面形状越趋向于矩形,弯曲过程中越容易发生破裂. 【期刊名称】《航空材料学报》 【年(卷),期】2013(033)002 【总页数】8页(P66-73) 【关键词】3A21铝合金;矩形管;Lemaitre准则;损伤;壁厚变化 【作 者】周书辉;刘郁丽;沈化文;杨合 【作者单位】西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072 【正文语种】中 文 【中图分类】TG386
在矩形管弯曲过程中，中性层外侧由于受到切向拉应力作用而产生拉伸应变，使管材外侧壁厚减薄。矩形管壁厚的减薄与材料内部组织劣化产生的损伤有关，当损伤值累积到一定程度时，壁厚减薄严重最终产生断裂。壁厚变化与损伤不仅与矩形管弯曲成形过程的工艺条件有关，而且与管材的截面形状有关。矩形管由于棱边的存在，使得靠近棱边处的材料流动受到约束，其材料流动并不均匀。而当矩形管的棱边采用不同的圆弧过渡时，截面形状发生变化，使其在弯曲过程中金属流动情况发生变化，导致壁厚减薄以及损伤的分布也在发生变化。因此有必要从改善材料流动性入手，研究棱边处采用不同圆弧过渡时矩形管的壁厚变化和损伤情况，为管材弯曲件不同截面形状的选择提供参考。 近年来，很多学者对管材弯曲过程中的壁厚变化和损伤破裂做了大量研究，其中对于壁厚变化的研究，大多数是研究不同成形参数对壁厚分布的影响。张津等［1］分析了矩形弯管件的壁厚分布规律，矩形管绕弯几何、材料参数对壁厚变化的影响。鄂大辛等［2，3］通过有限元模拟，研究了圆管弯曲过程中壁厚变化规律以及壁厚变化对最小相对弯曲半径的影响。岳永保等［4］采用实验法，对小弯曲半径薄壁圆管弯曲过程中的壁厚减薄进行了研究，发现合理增加压块速率有利于控制壁厚减薄。对于管材壁厚减薄严重产生的断裂现象的研究，大多数是基于损伤思想，通过建立合理的韧性断裂准则的方法来实现。在众多韧性断裂准则中，Lemaitre准则与材料弹塑性行为全耦合，预测准确性较高，因此应用较为广泛［5～8］。Li等［9］通过单向拉伸试验获得了Lemaitre准则的损伤参数，通过模拟获得了5052O铝合金圆管数控弯曲临界壁厚减薄量。Zhan等［10］基于Lemaitre损伤理论建立了圆管数控弯曲有限元模型，研究了弯曲半径和助推速率对钛合金管数控弯曲过程中损伤变量的影响规律。目前对于壁厚变化和损伤的研究大多数还是以圆管为研究对象，而矩形管的形状不是自支撑的，材料流动情况更为复杂，不能直接套用圆管结果。为此本工作利用ABAQUS/Explicit的VUMAT二次开发平台，将Lemaitre韧性断裂准则嵌入管材弯曲有限元模型，研究了带有不同圆角的3A21铝合金薄壁矩形管的壁厚变化及损伤情况。 1 Lemaitre韧性断裂准则 Lemaitre损伤准则在工程应用中最为广泛，适用于大多数弹塑性延性损伤的金属材料［11］。该准则定义了损伤变量D，用来量化表征材料的受损程度。在此基础上，Lemaitre基于连续介质热力学，建立了一种各向同性的损伤演化形式［12］，如式(1)所示。
式中是损伤变量D的增量速率，S0是损伤材料参数，ε-·p是累积塑性应变率，Y是损伤应变能释放率，如式(2)所示。
式中是等效应力，E是材料的弹性模量，ν是泊松比，σH是静水应力(平均应力)。利用Ramberg-Osgood硬化律并结合损伤理论，有 式中:K，n是材料的硬化参数; 是累积塑性应变。将式(3)代入式(2)，得到 将式(4)代入式(1)，得到损伤演化方程为 大量研究发现，当塑性应变较大时，可以近似认为S0=1，同时Lemaitre引入了损伤材料参数D c，εR和εD，此时式(5)转换为
式中，D c是损伤阈值，εR是材料断裂时的应变，εD是材料开始出现损伤时的应变。为了便于数值计算，Lee［13］把式(6)进一步修改为式(7)所示的增量形式
式中k是材料流动应力。式(7)即为Lemaitre准则的增量形式，即随着塑性应变的增加，损伤值D不断累积，当材料损伤值到达损伤阈值D c时，认为材料发生破裂。 2 有限元模型的建立 2.1 材料模型的建立 2.1.1 Lemaitre准则中材料参数的获取 3A21铝合金薄壁矩形管的损伤参数εD，εR和D c可以基于弹性模量变化法［13］来获取。即采用标准拉伸试样进行反复加载、卸载试验并结合数值模拟的方法获得。材料进行反复加载卸载时，各次卸载时损伤弹性模量可用式(8)表示。
进而由式(8)可得各次卸载时的损伤值D，如式(9)所示。 从3A21铝合金薄壁矩形管上截取标准拉伸试样进行反复加载卸载试验，得到不同应变下的弹性模量˜E，如图1a所示。将试验值代入式(9)得到如图1b所示的不同应变下的损伤值。由图可知，当应变小于0.018时，损伤值呈线性增加，当应变大于0.018时，损伤值随塑性变形的变化趋势趋于平缓。对数据点进行分段线性拟合，当损伤值D=0.189时，其随应变的增加不再变化，因此取损伤阈值D c=0.189。εD的值为损伤开始时的应变值，即当D=0时所对应的应变值，由图中所拟合的曲线可得εD=0.0012。 由于Lemaitre准则中损伤参数εR为断裂处的应变，而试验中的应变是采用引伸计来测量标距内的应变，因此获得的εR值并不准确。为了得到材料断裂处应变值εR，采用与试验相同的加载条件在ABAQUS中对试样拉伸过程进行数值模拟。图2所示为模拟中试样出现颈缩时的应变分布，由图可知颈缩处的最大应变为0.399，而此时拉伸位移为22.7mm，试验中材料断裂时拉伸位移约为23mm，且断裂前并未发生明显的颈缩现象，如图3所示。模拟结果与试验结果基本一致，可以认为此时的应变即为断裂时的真实应变，即εR=0.399。对3A21铝合金薄壁矩形管进行有限元数值模拟时所用到的材料参数与损伤参数如表1所示。 图1 3A21铝合金矩形管弹性模量与损伤值随应变变化图 (a)弹性模量;(b)损伤值Fig.1 Variational law of Young'smodulus and damage value with strain of 3A21 thin-walled rectangular tube (a)Young'smodulus;(b)damage 图2 拉伸试样应变分布的模拟结果Fig.2 Strain distribution of tension specimen 图3 试样断裂后的形貌Fig.3 Experimental result of fractured specimen 表1 3A21铝合金薄壁矩形管材料常数及损伤参数Table 1 Material and damage properties of3A21 thin-walled rectangular tubeDensity/ (g/cm3) Poisson's ratio Young's modulus/MPa Strength coefficient/ MPa