镁合金热变形性能试验研究及本构参数识别

论文题目: 镁合金热变形性能试验研究及本构参数识别

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械设计及理论

作者: 张艳姝

导师: 金泉林

关键词: 镁合金,参数识别,本构关系,全局优化,动态再结晶,数值模拟,热变形

文献来源: 机械科学研究院

发表年度: 2005

论文摘要: 预测热变形过程中工件内部微观组织的演化对于镁合金零件热变形工艺设计和产品质量控制具有特别重要的意义。目前进行这一工作的主要困难在于缺乏系统准确的镁合金材料参数,为此本文对镁合金AZ31D进行了热变形性能实验研究和材料本构参数识别。 首先对考虑动态再结晶过程的粘塑性本构关系进行了理论推导,确定需要识别的全部材料本构参数,然后针对目标函数与优化算法两个关键问题讨论了参数识别反分析方法的理论基础,并建立了基于方差估计准则的目标函数和包括遗传算法、高斯—牛顿算法和多种算法优势在内的混合全局优化算法。 通过热压缩变形实验和变形后实验的金相观察,本文研究镁合金AZ31D的热变形性能和微观组织演化规律,给出了动态再结晶所有特征参数随Z参数变化规律的定量描述;发现了镁合金热压缩变形出现剪切断裂的临界条件是Z参数大于2.61E+6。在本文限定的实验条件下,镁合金AZ31D的热变形和晶粒细化都遵守单峰型动态再结晶的基本规律;对本文所用材料,动态再结晶的晶粒尺寸可以达到10μm以下。 通过对实验数据的分析计算,本文建立了参数识别所需要的各种数据,包括:材料参数的参考值和取值范围、可行域增强算子数据、热压缩实验载荷-位移曲线数据、动态再结晶和晶粒度数据等。 最后,应用所建立的参数识别反分析方法和根据实验结果为参数识别所准备的全部数据,本文进行镁合金AZ31D的材料参数识别,得到了一组优化的材料本构参数。将所得到材料参数带入刚塑性有限元热锻工艺模拟软件,对一个实际镁合金零件的热挤压成形过程进行了数值模拟。将零件内晶粒度以及其它微观组织变量的数值模拟结果与实验结果进行比较,发现数值模拟给出的晶粒尺寸分布与实际镁合金零件的金相分析结果吻合很好。这证明了本文通过反分析的方法得到材料参数的可靠性和正确性,也证明了文献[52]提出的本构模型的通用性,不仅适合于钢,也适合于镁合金。

论文目录:

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 镁合金热变形性能与微观组织演化规律的研究

1.2.1 镁合金热变形性能的研究

1.2.2 镁合金微观组织演变规律的研究

1.3 包含动态再结晶本构模型的研究

1.3.1 动态再结晶过程的基本物理特征

1.3.2 考虑动态再结晶的热粘塑性本构模型

1.4 参数识别

1.4.1 参数识别的概念

1.4.2 优化方法

1.4.3 参数反分析方法在参数识别中的应用

1.5 论文主要研究内容

第二章 本构模型与参数识别方法

2.1 引言

2.2 动态再结晶基本特征及微观组织模拟现状

2.2.1 模型基本假设

2.2.2 模型包括的物理变量

2.2.3 晶粒度演化方程

2.2.4 位错密度演化方程

2.2.5 宏观流动应力

2.2.6 流动准则

2.2.7 再结晶体积分数演化方程

2.2.8 本构方程中的参数

2.3 参数识别的反分析方法

2.3.1 反分析法的数学描述

2.3.2 变形试验

2.3.3 目标函数

2.3.4 优化方法

2.4 结论

第三章 镁合金热变形性能与微观组织演化规律的实验研究

3.1 引言

3.2 镁合金热压缩变形实验

3.2.1 实验材料

3.2.2 实验方案

3.2.3 实验设备

3.2.4 热压缩实验与金相实验过程

3.3 实验结果与讨论

3.3.1 热压缩实验结果

3.3.2 金相实验结果

3.4 实验结果定量分析

3.4.1 热变形的激活能计算

3.4.2 动态再结晶稳态应力σ_(res)与Z参数关系

3.4.3 动态回复稳态应力σ_(uns)与Z参数关系

3.4.4 峰值应力σ_p与Z参数关系

3.4.5 峰值应变ε_p与Z参数关系

3.4.6 动态再结晶稳态应变ε_s与Z参数关系

3.4.7 剪切断裂情况与Z参数关系

3.4.8 微观组织分布规律

3.4.9 动态再结晶晶粒尺寸D_2与Z参数关系

3.4.10 稳态流动应力表达式

3.5 材料本构参数的参考值确定以及参数的取值范围

3.5.1 稳态应力表达式中的参数及取值范围

3.5.2 参数c和p及其取值范围的确定

3.5.3 参数l_i／l_d及其取值范围的确定

3.5.4 参数n′、F_(un0)、F_(re0)和Q_F及其取值范围的确定

3.5.5 参数αγ_0、β_0和Q_β及其取值范围的确定

3.5.6 参数M_0和Q_M及其取值范围的确定

3.6 结论

第四章 镁合金材料本构模型参数识别

4.1 引言

4.2 材料参数识别软件

4.2.1 软件功能

4.2.2 程序结构

4.2.3 输入数据

4.3 镁合金AZ31D的参数识别

4.3.1 输入数据

4.3.2 计算过程

4.4 优化结果

4.4.1 优化后材料参数

4.4.2 优化前后载荷曲线对比

4.4.3 优化前后微观组织对比

4.4.4 误差分析讨论

4.5 结论

第五章 镁合金本构参数的试验验证

5.1 引言

5.2 镁合金零件的成形试验

5.2.1 成形试验细节

5.2.2 成形试验结果

5.3 成形工艺的数值模拟

5.3.1 输入数据

5.3.2 数值模拟结果

5.4 镁合金AZ31D材料本构参数验证

5.5 结论

第六章 结论

参考文献

致谢

附录

附录一

附录二

在学期间发表的论文

发布时间: 2005-09-28

参考文献

• [1].镁锡锌铜合金组织和性能研究及热变形数值模拟[D]. 王永建.重庆大学2017
• [2].结构钢热变形行为及其铁素体析出动力学数学模型[D]. 吴瑞恒.上海交通大学2002
• [3].镁合金铸锻复合成形组织与性能研究[D]. 廖慧敏.重庆大学2009
• [4].7085高强铝合金锻造成形和组织性能研究[D]. 陈送义.中南大学2013
• [5].基于元胞自动机法的316LN不锈钢动态再结晶组织预测[D]. 季海鹏.燕山大学2013
• [6].深度塑性形变对镁合金微观组织和强塑性影响研究[D]. 罗小萍.太原科技大学2013
• [7].基于累积塑性能的热变形开裂准则及应用研究[D]. 彭雯雯.西北工业大学2015
• [8].ZrTiAlV合金热变形行为及组织与力学性能的研究[D]. 谭元标.燕山大学2016
• [9].铝钨合金粉末棒材挤压成形基础研究[D]. 郭拉凤.中北大学2015
• [10].锌铝合金的组织性能优化及相关基础研究[D]. 刘洋.中南大学2013

相关论文

• [1].半固态镁合金材料及其制备技术的研究[D]. 李东南.华中科技大学2004
• [2].连铸AZ31镁合金成形性能及内齿轮精密成形研究[D]. 李洪波.燕山大学2006
• [3].镁合金的腐蚀行为与防护[D]. 贾素秋.吉林大学2006
• [4].等通道角挤压变形镁合金微观组织与力学性能研究[D]. 靳丽.上海交通大学2006

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