一种铝合金热弹塑性变形模拟用本构模型的建立方法技术

本发明专利技术公开了一种铝合金热弹塑性变形模拟用本构模型的建立方法，其依次包括如下步骤：(1)选择本构模型；(2)确定模型参数；(3)将各参数代入本构模型方程式中，确定本构模型方程式。本发明专利技术的优点在于，此本构模型的建立填补了一直以来用数值模拟方法对7A52铝合金热机加工所用到的材料力学性能与温度之间关系的空白，提高了7A52铝合金热弹塑性变形模拟的精确度，为7A52铝合金热加工工艺的确定以及金属塑性变形理论的研究奠定重要基础，对7A52铝合金的实际应用具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

： 本专利技术涉及材料分析
，特别涉及一种铝合金热弹塑性变形模拟用本构模 型的建立方法。
技术介绍
： 7A52铝合金是我国自行研制的AI-Zn-Mg-Cu系铝合金，由于该铝合金具有比重小、 强度高和可焊接等优点，被广泛应用于航天、航空、核能、化工容器及军事工业等各个领域。 但是，在7A52铝合金实际工程应用中，如机械加工、快速锻造、热处理以及对其进行焊后表 面硬化的超声冲击处理过程中，材料会发生很大变形，变形速率可达l〇4s<以上，温度有时 可达到500°C数量级，因此，研究7A52铝合金在不同加载条件下的力学行为对于其在复杂载 荷下的应用(如高速撞击、金属加工及成型等)具有十分重要的意义。本构模型是描述材料变形规律的一种数学模型，它在数值分析中作为输入数据来 模拟特定载荷下材料的响应，因此，本构方程的精确程度直接影响模拟精度。材料的流动应 力与变形程度、应变速率、变形温度、材料的组织结构和合金化学成分等因素有关。因此，对 新材料开展高温流变行为的研究，了解材料热变形的物理规律，建立本构方程，对于材料热 加工工艺的确定以及金属塑性变形理论的研究均具有重要意义。由于有限元分析软件只能输入材料在某温度、应变以及应变率下的流动应力的一 些试验数据点，然后通过插值和外推方法推算材料在其它温度、应变和应变率的流动应力 模型。事实上，很多材料在不同温度、应变和应变速率范围内的应力变化非常大，采用插值 和外推法得到的流动应力应变关系严重影响有限元计算精度，并且用于确定一条流动应力 曲线的数据点很少，会使数值模拟的结果和试验所得结果相差很大，随着变形的增大，流动 应力的误差也逐渐增大，尤其是在超声冲击过程中，材料产生较大的塑性变形，使用不准确 的材料模型会影响整个模型的数值计算精度。因此，必须建立准确的材料模型以保证有限 元模拟的精度。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种可以确保模拟精度的铝合金热弹塑性变形模拟用本 构模型的建立方法。本专利技术由如下技术方案实施:一种铝合金热弹塑性变形模拟用本构模型的建立方 法，其依次包括如下步骤：（1)选择本构模型；（2)确定模型参数；（3)将各参数代入本构模型 方程式中，确定本构模型方程式； 所述步骤（1)选择本构模型，选用Johnson-Cook本构模型，所述的Johnson-Cook本 构模型主要有三个部分的乘积组成:应变硬化项、应变率硬化项和温度软化项，用如下公式 表不： 式中：oSVon-Mises等效流动应力；A代表材料室温时的屈服强度； B为加工硬化模量； n为硬化指数； m为温度软化系数；C为应变率常数；ε为等效塑性应变； &为等效塑性应变率； 为应变率参考值； To为参考温度； Tm为材料的熔点温度； 所述步骤（2)确定模型参数，通过铝合金常温下准静态拉伸试验确定所述屈服强 度A、所述加工硬化模量B、所述硬化指数η，通过错合金的Gleeble热模拟拉伸试验确定所述 温度软化系数m和所述应变率常数C。 进一步的，所述铝合金常温下准静态拉伸试验:在室温的条件下，利用铝合金在电 子万能拉伸试验机上进行应变率为Ο.Ι?Γ1的准静态拉伸试验，通过所述准静态拉伸试验得 到力-位移曲线，然后将所述力-位移曲线通过转换公式计算转换为真实应力-真实应变试 验曲线，根据所述真实应力-真实应变试验曲线确定材料室温时的屈服强度Α，通过所述准 静态拉伸试验过程中所得的试验数据通过最小二乘法拟合，最终得到加工硬化模量Β和硬 化指数η。 进一步的，所述铝合金的Gleeble热模拟拉伸试验:对铝合金在应变率Ο.Ι?Γ1分别 对应温度为200°C、300°C、350°C、400°C以及在温度为300°C分别对应应变率为1 的 情况下进行拉伸试验，通过数理统计软件OriginPro8进行回归系数的统计分析，最终得到 温度软化系数m和应变率常数C。 本专利技术的优点:此本构模型的建立填补了 一直以来用数值模拟方法对7A52铝合金 热机加工所用到的材料力学性能与温度之间关系的空白，提高了7A52铝合金热弹塑性变形 模拟的精确度，为7A52铝合金热加工工艺的确定以及金属塑性变形理论的研究奠定重要基 础，对7A52铝合金的实际应用具有重要意义。【附图说明】： 图1为7A52铝合金材料常温下准静态拉伸中，在电子万能拉伸试验机上进行的应 变率为0.ls<，温度为25°C下的真实应力-真实应变试验未平滑后的曲线和真实应力-真实 应变计算曲线。图2为7A52铝合金材料在Gleeble热模拟拉伸试验中，应变率为O.ls^，温度为200 °c的真实应力-真实应变试验平滑后的曲线和真实应力-真实应变计算曲线。 图3为7A52铝合金材料在Gleeble热模拟拉伸试验中，应变率为O.ls^，温度为300 °c的真实应力-真实应变试验平滑后的曲线和真实应力-真实应变计算曲线。 图4为7A52铝合金材料在Gleeble热模拟拉伸试验中，应变率为O.ls^，温度为350 °c的真实应力-真实应变试验平滑后的曲线和真实应力-真实应变计算曲线。 图5为7A52铝合金材料在Gleeble热模拟拉伸试验中，应变率为O.ls^，温度为400 °c的真实应力-真实应变试验平滑后的曲线和真实应力-真实应变计算曲线。 图6为7A52铝合金材料在Gleeble热模拟拉伸试验中，温度为300°C，应变率为Is"1 的真实应力-真实应变试验平滑后的曲线和真实应力-真实应变计算曲线。 图7为7A52铝合金材料在Gleeble热模拟拉伸试验中，温度为300°C，应变率为 的真实应力-真实应变试验平滑后的曲线和真实应力-真实应变计算曲线。【具体实施方式】：本专利技术主要针对7A52铝合金，是用于建立7A52铝合金热弹塑性变形模拟用本构模 型的方法。如图1-7所示，，其依次包括 如下步骤：（1)选择本构模型；（2)确定模型参数；（3)将各参数代入本构模型方程式中，确定 本构模型方程式；当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝合金热弹塑性变形模拟用本构模型的建立方法，其特征在于，其依次包括如下步骤：(1)选择本构模型；(2)确定模型参数；(3)将各参数代入本构模型方程式中，确定本构模型方程式；所述步骤(1)选择本构模型，选用Johnson‑Cook本构模型，所述的Johnson‑Cook本构模型主要有三个部分的乘积组成：应变硬化项、应变率硬化项和温度软化项，用如下公式表示：σ=(A+Bϵn)[1+C ln(ϵ·ϵ·0)][1-(T-T0Tm-T0)m]---(1)]]>式中：σ为Von‑Mises等效流动应力；A代表材料室温时的屈服强度；B为加工硬化模量；n为硬化指数；m为温度软化系数；C为应变率常数；ε为等效塑性应变；为等效塑性应变率；为应变率参考值；T0为参考温度；Tm为材料的熔点温度；所述步骤(2)确定模型参数，通过铝合金常温下准静态拉伸试验确定所述屈服强度A、所述加工硬化模量B、所述硬化指数n，通过铝合金的Gleeble热模拟拉伸试验确定所述温度软化系数m和所述应变率常数C。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈芙蓉，贾翠玲，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15