發(fā)布時間：2020-11-06 05:40

　　 鈦及鈦合金由于其密度低、焊接性能良好、比強(qiáng)度和剛度高、無磁、良好的耐腐蝕及優(yōu)異的生物相容性等特點(diǎn),在航天、航空、汽車、船舶、海洋工程、裝甲和生物醫(yī)療等方面有著廣泛的應(yīng)用。Ti-6Al-4V合金的使用量占到鈦及鈦合金總使用量的八成左右,是鈦合金中的王牌合金,研究Ti-6Al-4V合金零件的成形對整個鈦合金的使用及發(fā)展至關(guān)重要。Ti-6Al-4V粉末冶金技術(shù)可以避免鈦合金鍛造和鑄造過程中的種種缺陷與不足,繼承并結(jié)合兩者的優(yōu)勢,有著良好的發(fā)展前景。隨著對Ti-6Al-4V粉末冶金技術(shù)研究的深入,人們需要對Ti-6Al-4V粉末冶金工藝中的壓制過程進(jìn)行模擬分析,而本構(gòu)模型決定著Ti-6Al-4V粉末壓制成形過程分析的準(zhǔn)確性。由于Ti-6Al-4V粉末壓制成形過程非常復(fù)雜,目前仍沒有一個公認(rèn)的本構(gòu)模型描述其壓制成形過程。鑒于此,本文通過實(shí)驗(yàn)建立了Ti-6Al-4V粉末壓制的修正Drucker-Prager Cap本構(gòu)模型,并用有限元軟件ABAQUS對建立的模型進(jìn)行了模擬驗(yàn)證,分析了模壁摩擦系數(shù)、壓制方式和高徑比對壓坯平均相對密度及密度分布的影響規(guī)律。首先,在室溫下通過單軸壓縮實(shí)驗(yàn)、巴西圓盤實(shí)驗(yàn)以及模壓實(shí)驗(yàn),經(jīng)計(jì)算建立了Ti-6Al-4V粉末冷模壓制的修正Drucker-Prager Cap本構(gòu)模型,得到了模壁摩擦系數(shù)隨壓制力變化的關(guān)系。當(dāng)上模沖壓力小于某一值(50MPa)時,隨上模沖壓力的增加,模壁摩擦系數(shù)逐漸減小;當(dāng)上模沖壓力大于該值(50MPa)后,上模沖壓力增加,模壁摩擦系數(shù)基本不變。然后將建立的Ti-6Al-4V粉末冷模壓制的修正Drucker-Prager Cap本構(gòu)模型進(jìn)行ABAQUS模擬驗(yàn)證。模擬結(jié)果表明,ABAQUS模擬壓制結(jié)果與模壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很高的契合度,說明建立的本構(gòu)模型能有效的分析Ti-6Al-4V粉末冷模壓制成形過程。隨后通過ABAQUS軟件分析了模壁摩擦系數(shù)、壓制方式和高徑比對壓坯致密度及密度分布的影響規(guī)律。模擬結(jié)果表明,模壁摩擦系數(shù)越小,壓坯的平均相對密度越高,密度分布范圍越小;采用雙向壓制時,壓坯平均相對密度比單向壓制高,密度分布更均勻;壓坯高徑比越大,壓坯分層情況越嚴(yán)重,密度分布范圍越大,越不均勻。最后,在80℃、140℃、200℃、260℃下分別進(jìn)行了熱壓實(shí)驗(yàn),然后將各溫度條件下的壓坯進(jìn)行了相應(yīng)的單軸壓縮實(shí)驗(yàn)和巴西圓盤實(shí)驗(yàn),分析歸納了線性剪切破壞面參數(shù)隨溫度變化的關(guān)系,進(jìn)而建立了Ti-6Al-4V粉末隨壓制溫度變化的修正Drucker-Prager Cap本構(gòu)模型,并用ABAQUS軟件進(jìn)行了模擬驗(yàn)證。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TF125.2
【部分圖文】：

第 2 章 修正 Drucker-Prager Cap 本構(gòu)模型首先介紹 Ti-6Al-4V 粉末壓制過程模擬分析擬采用的修正ap 本構(gòu)模型，然后討論模型中各參數(shù)的物理意義及實(shí)驗(yàn)測試與本模型 Drucker-Prager Cap 本構(gòu)模型[55]為各向同性，其屈服面由 3 部剪切破壞面，控制材料在剪切作用下的移動；一個帽子曲面壓縮而造成的屈服，此外還可控制材料在剪切力下的無約束面，同時與帽子曲面和剪切破壞面相切，便于進(jìn)行數(shù)值計(jì)算

圖 2-2 修正 Drucker-Prager Cap 本構(gòu)模型的塑性勢面在修正 Drucker-Prager Cap 本構(gòu)模型中，除了 α 外，β、d、 、 和 R 都是相對密度相關(guān)的函數(shù)，他們一起確定了修正 Drucker-Prager Cap 本構(gòu)模型。此外，彈性模量 E、泊松比 υ 和摩擦系數(shù) μ 也是壓制過程中的重要參量。2.2 模型參數(shù)的確定2.2.1 剪切破壞面的參數(shù)確定（β、d）盡管在上一節(jié)中已經(jīng)給出了修正 Drucker-Prager Cap 本構(gòu)模型中線性剪切破壞面 的計(jì)算公式，但摩擦角 β 和內(nèi)聚力 d 還需通過實(shí)驗(yàn)測試進(jìn)行計(jì)算。在修正 Drucker-Prager Cap 本構(gòu)模型中，通常用下列四種實(shí)驗(yàn)中的兩種來確定剪切破壞面，這四種實(shí)驗(yàn)分別是：單軸拉伸實(shí)驗(yàn)、剪切實(shí)驗(yàn)、巴西圓盤（徑向壓縮）實(shí)驗(yàn)和單軸壓縮實(shí)驗(yàn)，這四個實(shí)驗(yàn)在線性剪切破壞線上最大加載點(diǎn)的 q/p

切破壞面的確定：（1）單軸拉伸實(shí)驗(yàn)；（2）剪切實(shí)（3）巴西圓盤實(shí)驗(yàn)；（4）單軸實(shí)驗(yàn)，如圖 2-4（a）所示，可獲得 Ti-6Al-4V 粉末縮強(qiáng)度，在進(jìn)行軸向壓縮實(shí)驗(yàn)時，壓坯須剪切破壞向最大壓制破壞力決定，其關(guān)系如下：= 大壓制破壞力，D 為壓坯的直徑，且對于單軸壓= 。實(shí)驗(yàn)，如圖 2-4（b）所示，可獲得 Ti-6Al-4V 粉末壓縮強(qiáng)度，在進(jìn)行巴西圓盤實(shí)驗(yàn)時，壓坯須沿直徑強(qiáng)度 由徑向最大壓制破壞力決定，其關(guān)系如下：σ = 大壓制破壞力， t 為壓坯的高度。且對于巴西圓
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本文編號：2872725