高体积分数SiCp/Al复合材料铣削残余应力有限元模拟

高体积分数碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料具有优良的综合物理力学性能,其难加工性制约着该材料的应用与发展,切削加工产生的表面残余应力严重影响了工件的结构和尺寸精度稳定性。为了研究高体积分数SiCp/Al复合材料的铣削加工表面残余应力,采用有限元分析软件ABAQUS建立了基于正交切削的平面应变模型,并对建立的宏观等效模型进行模拟分析。在模拟结果中,分析并得出了不同切削速度和每齿进给量对工件加工表面残余应力的影响规律以及沿工件层深方向的残余应力分布情况。

数值模拟SiCp/Al复合材料的微观结构对力学性能的影响

本文运用有限元法模拟了SiC颗粒体积分数和颗粒尺寸对SiCp/Al复合材料弹性模量、屈服强度、延伸率的影响。为了建立与真实显微结构相似的复合材料模型,假定任意尺寸的SiC颗粒随机地分布在SiCp/Al复合材料中。计算结果表明:SiC颗粒体积分数对复合材料的力学性能的影响更加显著。随着体积分数的增加,SiCp/Al复合材料的弹性模量和屈服强度逐渐增加;而其延伸率会相应降低。其应力应变曲线由韧性材料的特性向脆性材料的特性逐渐过渡。相反,当平均颗粒尺寸在一定的范围内变化时,颗粒尺寸对其应力-应变曲线的影响并不显著。

微观状态SiCp/Al复合材料铣削残余应力模拟分析

为了获得更高精度的高体积分数SiCp/Al复合材料铣削加工表面残余应力数据,采用有限元分析软件ABAQUS建立了基于正交切削的微观平面应变模型。复合材料两相材料属性被分别定义,改善了在宏观状态下整体定义材料属性的精度缺陷,并对其微观状态切削残余应力产生过程进行模拟分析。分析并得出了不同切削参数对工件加工表面残余应力的影响规律以及沿工件层深方向的残余应力分布情况。结果表明切削速度和每齿进给量对SiCp/Al复合材料已加工表面残余应力有着相似的影响规律,但每齿进给量的影响作用较为显著。

高强度螺栓高温条件下预紧力松弛的有限元模拟

为了研究高温条件下高强度螺栓预紧力的松弛特性,螺栓材料分别选用40Cr合金钢和Ti-6Al-4V钛合金。应用ABAQUS有限元软件建立装配体模型,定义了材料的本构模型和装配体各部件之间的接触,分析了常温预紧力状态下及高温条件下螺栓的受力及变形。分析结果表明,在高温条件下,Ti-6Al-4V钛合金预紧力松弛现象明显好于40Cr合金钢,Ti-6Al-4V钛合金高强度螺栓比40Cr合金钢螺栓拥有更高的强度和更好的延展性。得出的结论可为高温条件下高强度螺栓的材料选用提供理论依据。

SiCp/Al复合材料锻造工艺三维有限元模拟

运用有限元软件Abaqus对Si Cp/Al复合材料的锻造过程进行三维热力耦合模拟,分析了不同变形温度下,Si Cp/Al复合材料锻造过程的应力应变场、温度场、损伤场的演变规律,强调了锻造过程中鼓形区裂纹的出现。研究结果表明,变形温度对应力场、损伤场有显著影响,当变形温度为300℃和400℃时,锻件鼓形区不出现裂纹,温度增加到500℃时,鼓形区出现裂纹。

SiCp/Al复合材料热轧过程的有限元模拟

运用热-力耦合有限元法对SiCp/2009Al复合材料进行了热轧模拟,研究了复杂应力状态下的轧制成型过程、温度场、变形场及应力场分布,得到了轧制过程中表面和中心区域的温度、应力、应变以及应变率的变化曲线,从而可以更好地理解复合材料的热轧机理.模拟结果表明:在轧制入口处,最大主应力由压应力向拉应力转变,与出口处变化规律相反.在轧制稳定阶段,变形区的最大主应力则以压应力为主;轧板表面的热传递温降效应远大于摩擦温升效应,而轧板中心温度主要由塑性变形温升效应控制;此外,在轧制入口和出口处,应变率对流动应力的贡献起主导作用;在轧板变形区,轧板表面的流变应力主要由应变和温度决定,但表面黏着区是由应变率控制;轧板中心的流动应力在变形区主要受温度影响.

SiCp/Al复合材料圆柱体镦粗过程的有限元模拟

运用有限元软件Abaqus对Si Cp/Al复合材料进行三维热力耦合模拟,分析了各变形工艺参数对Si Cp/Al复合材料圆柱体镦粗过程的损伤场、应变场和温度场的影响规律,强调了鼓形区裂纹的出现。利用Origin软件对不同摩擦系数下坯料的等效应变值和载荷行程值进行数据处理,并观察其变化规律。结果表明:变形量对坯料的损伤场、应变场和温度场有显著影响,当变形量为20%和30%时,锻件鼓形区不出现裂纹,变形量增加到40%时,鼓形区出现裂纹,而摩擦系数对温度场和损伤场的影响较小,随着摩擦系数的增大,中心等效应变值和载荷值也增大。