7075铝合金冷搓成形本构关系及有限元分析应用研究

目的研究7075铝合金在高应变速率下的本构关系,并将其应用于有限元仿真分析中,以实现对7075铝合金环槽铆钉冷搓成形过程的精确预测。方法利用霍普金森压杆(SHPB)实验获得7075铝合金在1000~4500 s^(-1)应变速率下的真实应力-应变曲线。结合静态压缩实验在0.001 s^(-1)应变速率下的结果构建了优化的Johnson-Cook(J-C)本构模型,并应用有限元仿真对7075铝合金环槽铆钉冷搓成形过程进行模拟预测。结果当应变速率由0.001 s^(-1)上升至3000 s^(-1)时,7075铝合金的屈服强度增长较少,但当应变速率由3000 s^(-1)上升至4500 s^(-1)时,屈服强度提高了45 MPa。利用优化的J-C本构模型对真实应力进行预测,其平均相对误差与相关系数分别为0.35%和0.9992。有限元分析结果显示,在成形过程中,铆钉零件任意部位的最大应变速率基本低于4500 s^(-1)。外形预测结果与实际测量值的最大绝对误差为0.08 mm,最大相对误差为3.45%。结论当应变速率由3000 s^(-1)上升至4500 s^(-1)时,7075铝合金展现出了明显的应变率强化效应,优化的J-C本构模型能够准确预测7075铝合金在0.001~4500 s^(-1)应变速率范围内的真实应力。将其应用于有限元分析能够准确预测7075铝合金环槽铆钉冷搓成形过程。