基于Oyane准则的金属板材渐进成形破裂预测

针对渐进成形中的破裂缺陷,将Oyane准则引入数值模拟中,有效预测了渐进成形中金属板料的成形极限.首先,针对DC56D+Z钢板,基于获取的Oyane准则材料参数,通过试验与数值模拟确定了破裂积分值I=4为破裂的临界条件.然后,基于响应面法建立了工艺参数与I积分值之间的非线性模型,且通过方差分析验证了该模型的有效性.研究得出:该数值模型可以有效预测最大破裂积分I值,I值随着成形角α、层间距Δz和工具头直径d的增大而增大,3个工艺参数的影响作用逐渐减弱,且α&Δz、α&d两种组合的交互作用影响较大.

基于Zener-Hollomon因子的Ti40阻燃合金开裂准则研究

采用热模拟压缩试验与有限元分析相结合的方法，对Ti40阻燃合金在温度900～1100℃、应变速率0．01-10s^-1范围内的热变形开裂问题进行了研究。发现Ti40合金的临界开裂变形量目随变形温度和应变速率的变化规律可用一个单变量Zener-Hollomon因子表示，并与1nZ成线性关系。在此基础上，运用冷成形过程广泛采用的Oyane准则对Ti40合金的开裂行为进行了分析。发现Oyane准则能够准确地预测Ti40合金压缩过程中开裂发生在最大臌肚的外表面处，且开裂的临界Cf值随变形温度升高和应变速率降低而增加，与1nZ也成线性关系。由此得到的Ti40合金高温变形下的开裂准则能够更直观地反映变形参数与开裂的临界Cf值之间的关系，为成功地预测Ti40合金高温变形时的开裂提供了有力的依据。

采用韧性断裂准则进行滚珠旋压裂纹损伤预测

裂纹是管件滚珠旋压过程中产生的主要缺陷之一,会造成旋压管件的报废。采用修正的Cockcroft-Latham和Oyane韧性断裂准则与有限元模拟相结合来预测滚珠旋压过程中损伤值的分布情况。结果表明Oyane韧性断裂准则可准确地预测滚珠旋压过程裂纹产生的位置,与实验结果相符合,而修正的Cockroft-Latham韧性断裂准则对滚珠旋压裂纹损伤的预测不准确。

基于损伤因子优化变形参数的超细晶管斜轧穿孔工艺

为充分利用曼内斯曼效应提高可穿性,以45钢为研究对象,借助刚塑性有限元模拟技术,通过基于Oyane损伤准则的裂纹萌生控制模型揭示了变形参数对损伤因子的影响规律。结果表明,锥形辊实心棒斜轧过程中,沿轧件前进方向,随着塑性变形的逐渐增加,损伤因子逐渐增加,之后随着塑性变形程度的减弱而逐渐减小。从坯料边部到心部损伤因子逐渐增大。空心管斜轧穿孔过程中损伤因子的变化规律与之相似。优化参数为:送进角为14°,辗轧角为13°,轧辊转速为50 r·min^(-1),直径压下率为17%,轧制温度为1000℃,顶前压下率为12%。确定了顶头形状,制备了外径为(Φ66.2±0.1986)mm,壁厚为(6.0±0.126)mm,径厚比为11的超细晶管,晶粒尺寸由29μm(7级晶粒度)细化至9.8μm(10级晶粒度),抗拉强度以及伸长率分别提高了9.0%和17.9%。

含单纯凹陷薄壁不锈钢燃气管道的韧性损伤程度分析

为了分析小尺寸薄壁管道上的凹陷与损伤的关系,在Oyane韧性断裂准则的基础上,采用有限元数值计算方法,研究了管道尺寸、施痕物尺寸等参数变化下,凹陷深度对管道损伤程度的影响规律;对数值模拟结果进行线性回归分析,并根据输出结果,在一定的应用范围内获得了凹陷深度和管道损伤程度的具体数学表达式。研究结果表明:无论沿管道环向还是轴向,Von Mises等效应力最大值都不在凹陷中心,而是在凹陷中心附近;凹陷深度越大,最大等效塑性应变点离凹痕中心越远;凹陷对管道的损伤程度随管道尺寸和压头尺寸的增加而减小,运行内压对损伤程度的影响很小,可以忽略不计。

施工阶段轴向单纯凹痕管道韧性损伤变化分析

机械损伤会造成管道的即刻或者延迟失效,而凹痕是机械损伤的主要表现形式。针对施工阶段造成的轴向单纯凹痕,基于Oyane韧性断裂准则,利用有限元法进行模拟研究。分析凹痕管道在不同凹痕尺寸、管道尺寸和管道内压的情况下,管道韧性损伤程度的变化情况。得到凹痕深度与管道韧性损伤程度的关系,为施工阶段造成轴向单纯凹痕的油气管道的安全设计提供一定的理论指导依据。

金属剪切旋压成形时的韧性断裂准则

破裂是剪切旋压时最主要的失效形式。为实现对剪切旋压时破裂的精确预测,根据剪切旋压成形时变形区材料的受力特点,提出对基于材料压缩变形塑性本构模型的Oyane准则进行研究。以DP600高强钢为研究对象,通过ABAQUS软件的VUSDFLD子程序二次开发,将Oyane准则耦合到剪切旋压有限元模型进行断裂损伤的计算及断裂阈值的判断。通过椭球形芯模旋压试验对断裂预测结果进行验证。结果表明,基于Oyane准则模拟得到的断裂危险位置位于已变形区靠近变形区处并沿着切向均匀分布,与试验结果的分布规律一致;但基于模拟所得到的极限减薄率与试验结果之间的相对误差达到33.8%。在Oyane准则的基础上,通过考虑平均应力和最大剪切应力对韧性损伤过程的影响,构建出适用于剪切旋压成形的修正韧性断裂准则。结果表明,采用修正后的韧性断裂准则,模拟得到的极限减薄率与试验结果的相对误差仅为15.9%;与Oyane韧性断裂准则相比,相对误差减小了17.9%。获得适用于剪切旋压时的韧性断裂准则,为金属剪切旋压成形破裂的精确预测奠定理论基础。