纳米多晶体Ashby-Verrall超塑性模型的分子动力学模拟

应用分子动力学方法以纳米晶铝为例模拟了纳米多晶体的Ashby-Verrall超塑性模型的变形过程。在OK～400K的温度下,大倾角的晶界较容易开动,符合Ashby-Verrall模型;但小倾角的晶界难于开动。温度升高至600K,纳米晶粒界面熔化,产生微液相,较小倾角的晶界也可随液相流动而开动;晶粒随着液相的流动旋转到有利于滑移的方向,完成Ashby-Verrall模型的变形。此时单个晶粒的变形机制符合Gifkins的“心部和表层”模犁。

基于BP神经网络的铝青铜超塑性流变应力预测模型

运用BP神经网络方法建立了铝青铜超塑性状态下流变应力与变形参数之间关系的预测模型,并利用该模型预测在不同拉伸条件下材料的流变应力。结果发现预测数据与试验数据吻合良好,误差小于8.5%。

超固结饱和黏性土的弹塑性本构模型及三轴试验模拟

针对饱和超固结黏性土现有的下加载面修正剑桥模型破坏应力比为定值,不能反映土体在不同应力状态下强度特性存在差异这一问题,为了更好地反映应力状态变化对破坏应力比的影响,基于三剪统一强度准则确定超固结土的破坏应力比。在此基础上得到了超固结土的弹塑性本构模型,该模型的特点是能够描述土体受力时的中间主应力效应、应力区间效应、拉压差影响。基于该本构模型作了常规三轴压缩条件下超固结饱和黏性土的模拟结果与试验结果对比,结果表明:该模型能够反映不同超固结比下土的变形、剪胀、孔隙水压力变化特性和规律。利用该本构模型模拟了排水和不排水条件下的真三轴压缩试验,得到了相应的应力-应变特性曲线。

铸态铅黄铜准超塑性变形的动态再结晶模型

采用Gleeble-1500D热力模拟试验机对铸造铅黄铜进行了压缩试验,试验条件中应变速率为0.0002～0.005s-1,变形温度为540～660℃,真应变为0.1～1.2,初始晶粒尺寸为38μm。在Sellars基本模型的基础上,通过对试验数据进行回归,建立了铸态铅黄铜动态再结晶模型,并用Deform-3D软件模拟了铜合金轴承保持架准超塑性成形过程中的动态再结晶,模拟结果与试验所测的数据吻合,表明所建立的铸态铅黄铜动态再结晶模型具有实用性。

铝锂合金超塑性变形模型

透射电镜(TEM)观察表明 8090 和 CP276 铝锂合金在超塑性变形最佳条件下,除位错滑移、攀移和扩散蠕变外,还发生贯穿变形始终的动态回复和动态再结晶,研究指出,8090和 CP276 铝锂合金的超塑性变形是位错滑移、在晶界上的位错攀移、三角晶界处阻碍晶粒的动态再结晶及扩散蠕变共同协调晶界滑动的过程,其中,在晶界上的位错攀移及三角晶界处阻碍晶粒的动态再结晶是两个交替作用的速控过程。本文提出了有动态回复和动态再结晶参与协调晶界滑动的超塑性变形复合模型。由该模型解释了 8090 铝锂合金冷、热轧态及 CP276铝锂合金超塑性能的差异。

粘塑性损伤模型模拟准超塑性单轴拉伸行为

发展了Chaboche粘塑性本构模型的大变形隐式算法 ,用损伤 (DM )和无损伤 (NDM )模型模拟准超塑性单轴拉伸。发现变形过程可分为三个阶段 :均匀变形、颈缩发展、断裂破坏阶段。DM可准确模拟前两个阶段变形 ,NDM只能较好地模拟均匀变形阶段 ,表明DM可以较精确地描述稳定发展的动态过程。由于有限元方法只能描述连续介质 ,因此对于断裂破坏阶段 ,NDM模拟载荷大于试验结果 ,DM的载荷小于试验结果 ,这是由高应变速率敏感性造成。DM能够描述试验中出现地多处颈缩现象 ,局部应变速率分布随时间演化反映了颈缩发展程度。严重颈缩部位的距离代表着超塑性变形能力 ,距离越大 。

超固结土的广义塑性本构模型

鉴于目前超固结土本构模型不能较好地反映土体的实际变形,基于广义塑性理论并引入伏斯列夫面及超固结参数的概念,建立了一个可以反映超固结土变形特性的广义塑性本构模型,该模型采用能较好反映试验资料的Lagioia剪胀方程,在此基础上推导出超固结参数、塑性流动和加载方向张量,并构造了一个可以较好反映土体变形特性的塑性模量,且基于SMP变换应力法将模型三维化,使其能适用于一般应力状态。根据试验资料获得饱和Fujinomori粘土的本构模型参数,利用新的模型编制程序预测超固结土的变形特性,发现预测结果与试验数据吻合较好,表明新的模型可以合理地反映超固结土的变形特性。

注塑模型腔的超塑性成形

1.前言世界上许多国家对用超塑性合金快速制造复杂型腔的注塑模、压铸模与冲压模很感兴趣。在我国超塑性的实际应用中,很重要的部分也是用于制造模具。最多的是用 Zn-22%A_1制作使用温度150℃以下的注塑模型腔。笔者曾为工厂制作了一些成形难度很大的注塑模型腔,取得了很好的经济效益与社会效益。在这里介绍两个典型的实例。

超固结土塑性次加载面模型的数值实施及应用

为了研究软土固结等复杂的非线性本构关系,考虑超固结参数、潜在强度、硬化参数之间的相互影响,将基于Hvorslev面的超固结土的本构模型和大型非线性有限元计算软件ABAQUS结合起来,编写了相应的有限元本构模型子程序。通过用户子程序UMAT接口实现了该模型在软土结构分析中的应用,为正确评估和预测土体本构关系提供了一种简便有效的方法。以深隧洞的开挖为例,用此方法实现了土体结构的本构关系模型,使得计算结果更加接近实际情况,能够比较合理的模拟实际工程。

超固结非饱和土的弹塑性双面模型

为了研究超固结非饱和土具有的应变软化和剪胀等复杂的力学特性,在弹塑性理论框架内,将巴塞罗那基本模型(BBM)与一种可描述材料循环塑性的硬化法则相结合,建立一个在静态及循环荷载作用下超固结非饱和土的弹塑性双面模型。该模型含有一个边界面和一个加载面,二者在应力空间中随着加卸载进行演化。采用径向映射法则和移动的记忆中心原理来反映超固结非饱和土的循环塑性特征。模型考虑了吸力和超固结的影响,在吸力等于零的时候退化为饱和黏性土的弹塑性双面模型;在无超固结且吸力不等于零的情况下退化为BBM模型。通过与相关静态试验数据的比较,所建模型可以较好地反映静态加载下超固结非饱和土的力学特征;此外,还利用模型对超固结非饱和土的动态力学特性进行了预测。

超固结土的蛋形弹塑性本构模型

为了描述超固结软土在不同应力条件下的强度变形特征,以蛋形函数为基本框架,建立并发展适用于超固结土体的弹塑性本构模型.通过对一系列超固结土应力路径三轴压缩试验结果的分析,探讨土体在超固结状态下塑性应变的发展规律(剪胀/剪缩).在先前提出的旋转塑性势面流动法则基础上对其进行发展与改进,引入峰值应力比,构建剪胀状态下归一化塑性势面旋转角与应力状态参数之间的近似线性关系,以满足超固结土的塑性变形特性.结合基于等效硬化参量的广义塑性功硬化原理构建超固结软土的蛋形弹塑性本构模型.将三轴压缩试验数据与数值预测结果进行对比以验证模型有效性,结果表明该模型可以有效反映超固结软土在不同加载条件下的应力应变特性,比如软化与剪胀.

考虑结构性的超固结非饱和土弹塑性本构模型

处在超固结状态的非饱和土,通常具有较强的结构性,其分布广泛且具有复杂的物理力学性质。为了研究超固结特性和结构性的影响,基于弹塑性理论和非饱和土力学,通过加载再卸载考虑超固结特性,通过引入损伤因子考虑结构性,同时采用可移动映射中心的塑性硬化法则表征边界面的运动规律,建立了一个可以综合考虑非饱和土超固结特性和结构性的弹塑性本构模型。通过卸载可以实现不同的初始超固结比,通过损伤因子可以将塑性变形和结构性的演化联系起来,同时可移动的塑性硬化法则可以考虑循环荷载的作用。最后通过与相关的排水条件下非饱和土剪切试验数据对比,来验证模型的正确性和适应性。

CM弹塑性本构模型在FLAC^(3D)中的二次开发

显式有限差分程序FLAC3D由于自带的本构库多样性不足,无法统一描述超固结和结构性这两种自然界土体典型力学特性的本构模型.为了扩大FLAC^(3D)应用范围,更精确地模拟土体力学特性,本文基于其自带的二次开发平台,使用C++语言对交变移动(Cyclic Mobility,CM)弹塑性本构模型进行二次开发.首先推导该模型的基本公式;然后介绍FLAC^(3D)的工作原理和关键开发步骤;再通过不同应力路径下的测试,对比FLAC3D模拟值和该本构的理论值,验证开发的正确性;最后通过对一维固结试验数据、三轴排水压缩试验数据和不排水三轴循环加载试验数据的模拟,验证了二次开发模型能较好地模拟土体的力学行为.

Zr基块体非晶合金在过冷液相区的超塑性流变行为

研究了Zr_(41.25)Ti_(13.75)Ni_(10)Cu_(12.5)Be_(22.5)(原子分数,％)块体非晶合金在玻璃转变终了温度T_g^(end)附近的4个特征温度点(616,636,656和676 K)的等温拉伸行为。结果表明,块体非晶合金的超塑性能与环境温度及拉伸速度紧密相关,在656 K,以5 mm/min的速度拉伸时,获得了1625％的最大延伸率。利用速度突变法测出了636,656及676 K时的应力敏感指数分别为0.25,0.65和0.93。利用自由体积模型对块体非晶合金的超塑性流变行为的微观机制进行了分析。

超塑变形晶粒长大模型的修正与实验验证

变形诱发晶粒长大是超塑性变形组织变化的重要特征．基于超塑性晶粒长大全微分为晶粒换位微观纯变形和晶粒微观静态长大偏微分之和的思想，获得了修正的Campenni变形诱发晶粒长大模型和新展开的晶粒长大速率模型模型预报的规律已为超塑性Mg－8．4Li（质量分数，％）合金晶粒长大实验规律所证实。

大块非晶合金过冷液相区的超塑性流变行为

大块非晶合金在过冷液相区内较低应变速率变形条件下呈现出牛顿型流变状态,并获得最佳塑性。其流变机制为一种与聚合物体系及无机玻璃相似的动力学行为。由于在超塑性流变过程中非晶相伴随有晶化现象的发生,因此,大块非晶合金的粘滞流变是一种非晶相-晶化相复相结构的变形行为。

超塑性变形晶界效应研究综述

自1934年超塑性现象被发现，一直以其特殊的塑性变形机制而备受关注。本文以对超塑性变形晶界研究为主线，从力学角度总结了近年来研究成果。包括：基于晶界拓扑构造、统计规律以及能量耗散的力学模型；论述了由孔洞损伤导致的超塑性沿晶破坏、晶界结构演化与宏观率敏感性之间的关系；列举了考虑晶界效应的典型超塑性数值模型；总结并讨论了晶界滑移定量表征的重要实验手段，指出超塑性研究中需进一步拓展的领域：多尺度耦合的超塑性力学、材料制备及组合工艺中利用超塑性。

基于BP神经网络的铅黄铜超塑性能预测

运用BP神经网络方法建立了铅黄铜超塑性状态下伸长率与变形参数之间的预测模型,采用标准前馈式神经网络原理建立了铅黄铜超塑性拉伸试验参数与其伸长率之间的神经网络模型,以试验数据为样本,对所建模型进行训练,较好的预测了铅黄铜超塑拉伸的伸长率,最大误差只有4·95%。实现了不同变形工艺参数与伸长率之间的非线性映射,也为优化铅黄铜轴承保持架的超塑性成形参数提供理论和试验依据。伸长率预测值与试验结果吻合良好。

超塑性微挤压成形控制系统研究

针对超塑性微挤压成形存在的成形效率低、控制系统设计复杂等问题,在MATLAB实时环境下利用快速控制原型技术开发出能直接访问采集卡PCI-1710中端口寄存器及定时/计数器的驱动程序,建立了在不同挤压行程和挤压力阶段输出可变高频脉冲链的Sugeno模糊模型控制步进电机,实现微挤压过程的变速率实时控制;设计出MATLAB/GUI可视化界面实现微成形过程的参数设置、过程控制及实时显示等各项功能。实验表明该控制系统在中低速运行时具有良好的调速和定位功能,可以实现对超塑性微挤压成形的过程控制。

表面喷熔层超塑性变形强化及其协调变形条件

采用超塑性变形强化的新工艺对模具钢 3Cr2 W8V的 Ni60喷熔层进行了研究 .通过试验得到了 3Cr2 W8V基体和 Ni60热喷熔层间实现超塑性协调变形的工艺参数 ,并研究了异材间的超塑性协调变形条件 ,建立了超塑性协调变形的力学模型 .对喷熔层的表面性能试验结果表明 ,超塑性变形工艺对喷熔层具有明显的强化作用 ,经超塑性变形处理的喷熔层其摩擦磨损、多次冲击和热疲劳性能均得到了显著提高 .