Mg-5.21%Li-3.44%Zn-0.32%Y-0.01%Zr型镁锂合金热变形物理过程的数值模拟

论文摘要

镁锂合金被称为超轻合金,由于其超轻的特性在工程中有一定的用武之地。锂的加入一定程度上改善了镁合金的塑性变形能力,但对于镁锂合金的热变形过程及机理的探讨还较少,本文结合物理模拟与多种数值方法探讨镁锂合金热变形过程的本构关系以及该过程中材料的晶粒度变化。物理模拟采用Gleeble—1500热模拟试验机在真应变为1的条件下选择了250℃、300-C、350-C和400-C4种变形温度和0.001s-1、0.01s-1、0.1s-1、1s-1和10s-15种应变速率对一种镁锂合金进行了热压缩实验。合金热变形本构关系建立在热变形物理模拟数据的基础上,建立的方法分别为回归分析以及人工神经网络。通过本构关系的建立确定了镁锂合金的变形激活能、临界应变同Z参数的关系。本构关系说明该合金在所选变形条件下为典型的动态再结晶型变形,所得到的本构方程以及人工神经网络预测结果都能够很好的反映材料的应力应变关系。本构方程对材料加工中各参量关系有更加清楚的描述,神经网络模型则有着更高的精确度。根据实验数据及热加工理论建立了材料的临界应变和再结晶尺寸的数学模型。在模型的基础上基于有限元软件Marc通过二次开发建立了有限元模型,并对该合金在热压缩中的温度场、应力应变场尤其是晶粒度的变化进行了模拟研究并与金相检验结果进行了对比,结果说明模拟与实际结果吻合良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 镁及镁合金概述
• 1.1.1 镁及镁合金特点
• 1.1.2 镁合金的应用
• 1.2 镁合金塑性变形机理
• 1.3 镁合金塑性成形工艺
• 1.3.1 轧制
• 1.3.2 挤压
• 1.3.3 锻造
• 1.3.4 冲压
• 1.3.5 超塑成型
• 1.4 变形镁合金材料的研究现状
• 1.4.1 常规变形镁合金材料的研究进展
• 1.4.2 超轻变形Mg-Li合金的研究状况
• 1.4.3 耐蚀变形镁合金材料的研究
• 1.4.4 耐热变形镁合金材料的研究
• 1.4.5 阻燃变形镁合金材料的研究
• 1.5 课题的意义和内容
• 1.5.1 课题的意义
• 1.5.2 课题的内容
• 第2章 镁锂合金热变形时的力学行为及本构关系的分析
• 2.1 实验方法
• 2.1.1 实验材料及实验设备
• 2.1.2 热变形实验过程
• 2.2 应力—应变曲线分析
• 2.3 热加工参数对流变应力的影响
• 2.3.1 变形温度对流变应力的影响
• 2.3.2 应变速率对流变应力的影响
• 2.4 镁锂合金热变形本构关系方程
• 2.5 基于BP人工神经网络的流变应力预测
• 2.5.1 人工神经网络
• 2.5.2 数据的归一化处理
• 2.5.3 BP网络的算法
• 2.5.4 神经网络结构的确定
• 2.5.5 BP网络训练及预测结果分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 镁锂合金热变形过程中的组织分析及数值模拟
• 3.1 有限元法的基本理论
• 3.1.1 有限元法发展简介
• 3.1.2 有限元法的分类
• 3.1.3 有限元法的优点及其应用软件
• 3.1.4 Marc有限元软件的简介
• 3.2 材料动态再结晶数学模型
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 动态再结晶临界变形程度量的确定
• 3.2.3 动态再结晶晶粒尺寸模型
• 3.3 Marc有限元模拟
• 3.3.1 Marc模拟材料的物理参数
• 3.3.2 有限元模型的建立和模拟步骤
• 3.4 Marc有限元模拟与实验结果对比分析
• 3.4.1 等效应力分布
• 3.4.2 等效应变分布
• 3.4.3 温度分布
• 3.4.4 动态再结晶组织分布
• 3.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢