低频振动塑性成形粘弹塑性模型的体积效应分析.pdfVIP

中国力学学会学术大会2005 ( CCTAM2005 ) 低频振动塑性成形粘弹塑性模型的体积效应分析 1，2 1 2 蔡改贫 姜志宏 翁海珊 (1 ．江西理工大学机电工程学院，江西 赣州 341000 ；2 ．北京科技大学，北京 100083) 研究机械振动对塑性变形的影响，在微观上认为是由于吸收了振动能量而使拉伸能变大，局部温度升 高，位错增殖，变形抗力降低。但是位错机理不能解释随振动能量的增加，金属延伸率降低的现象。于是 Dawson 等人提出了金属塑性变形时振动对内部应力影响的体积效应。 由于金属的振动塑性成形包括模型由弹性变形、弹性引起的粘性流动、塑性变形以及塑性引起的粘性 流动所组成，在变形过程中会出现应变率效应、蠕变、松弛等现象，已有的粘弹性模型、粘塑性模型和弹 粘塑性模型等均不能全面地和有效地描述金属塑性成形过程中的应力应变关系，因此本文采用了 Kirchner 对应变时间历程的基本假设，针对振动拉伸给出了一个粘弹塑性模型；利用 MATLAB 中的符号计算，推 导了粘弹塑性本构方程的显式表达式。 通过附加应变历程及确立粘弹塑性边界并进行数值求解，金属在振动加工过程中，内部应变和应力的 波动将导致在金属的变形在粘弹性与粘塑性两相中交替变化，因此通过附加应变历程，且在粘弹性范围内 不计应变率效应的情况下，通过计算瞬时应变的大小与屈服限建立了粘弹性变形和粘塑性变形的判断准则。 在考虑本构关系中后继屈服情况、应变历程、应变率历程及弹性应变后，可以确定单轴振动拉伸时的 动态应力和平均应力，从而对低频振动塑性成形粘弹塑性本构关系的体积效应机理进行了定量分析。 在根据所给定的振型参数和材料机械性能参数的情况下，结合计算实例分析了金属在振动加工时的动 态应力—时间的变化趋势、动态应力—应变的变化趋势和平均应力—应变率的变化趋势等，探讨粘弹塑性 本构关系条件下体积效应机理的本质。 振动拉拔的非局部摩擦问题的近似求解及 表面效应初探 .1,2 2 1 蔡改贫 姜志宏 翁海珊 1 2 （北京科技大学，北京 100083；江西理工大学机电工程学院，江西赣州 341000） 将振动引入金属材料加工后，Dawson 等人认为振动对模具与材料之间外摩擦影响的 “表面效应”与振动对变形工具和 工件之间的摩擦状况有关，宏观上表现为材料与工具之间的粘滑减少、产品表面质量提高、工具的磨损消耗降低。 中国力学学会学术大会2005 ( CCTAM2005 ) 对于表面效应，一般定性分析认为可能有以下几种原因：①加工工件与工具之间由于振动而产生瞬间分离；②摩擦力矢 量反向，使得在振动周期的部分时间里摩擦力反而有利于变形加工；③局部热效应的作用，使得局部粘焊现象减少；④振动 改善了加工润滑条件。除此以外，尚未发现有对表面效应机理的理论分析。 本文从非局部摩擦定理出发，建立了振动拉拔加工中单元体的力学平衡微分方程，通过数值求解，可以确定不同的非局 部作用区域范围内的非局部影响系数以及拉拔成形面处的正压力数值表达式；在给定应变率的情况下，结合线性强化弹塑性 本构关系，利用MATLAB 符号计算方法，可以得到拉拔成形面上出现的正压力的显式解析表达式；在合理确定拉拔边界条件 的基础上，可以得到振动拉拔加工中单元体的力学平衡微分方程的近似解，从而可以计算出拉拔成形面上的摩擦力，实现了 振动拉拔出现的表面效应机理的理论分析；根据所确定的拉拔工艺参数以及拉拔成形材料机械性能参数的情况下，根据不同 频率和振幅，计算了振动拉拔时的摩擦力，并讨论了振动拉拔时表面效应的影响因素及变化趋势。 用有限元法计算汽轮机叶片动应力 陈 蓉