微试样液压胀形试验及其数值模拟的研究

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新型微型试样技术----液压胀形试验技术借鉴于小冲孔试验技术,由集中载荷变为均布载荷,以便于理论分析。同时,通过改变加载方式来避免钢珠尺寸、钢珠刚性、钢珠对中以及钢珠与试样间摩擦系数等因素的影响。本文从试验、数值模拟和反向有限元3个方面讨论了微试样液压胀形技术。通过316L、SUS304和Q345R的3种材料进行了微试样液压胀形试验,重复性试验的一致性较好。对微试样液压胀形试验进行了ABAQUS数值模拟,并基于GTN损伤模型数值模拟微试样的空洞体积分数。基于MATLAB优化程序建立了确定材料性能参数的逆向数值模型。  本研究主要内容包括:⑴提出一种通过变形试样的中心横截面来近似确定上模倒角的半径,对其横截面的几何形状上的离散点通过最小二乘圆弧曲线拟合的方法来获得半径值。⑵建立了微试样液压胀形试验的ABAQUS数值模拟,通过不同的厚度和不同的材料的试验与数值模拟具有较高的一致性,从而验证了本文所建立的有限元模型参数的有效性。⑶基于有限元数值模拟分析了上模几何倒角半径、试样厚度、夹紧载荷、摩擦系数等因素对微试样液压胀形试验的影响。上模几何倒角半径与塑性极限载荷、爆破失稳载荷及试样中心极项最大位移呈线性关系。爆破失稳载荷与厚度呈线性关系;塑性极限载荷在试样厚度为0.35~0.55 mm之间线性关系比较明显,与厚度的平方的线性关系更强。⑷基于GTN损伤模型对液压胀形试验进行了模拟,等效塑性应变PEEQ和孔洞体积分数VVF在试样中的位置分布情况具有较高一致性,爆破失稳的最终断裂位置在偏离试样中心0.08mm的位置处。⑸对316L和Q345R的材料塑性本构关系分别进行线性强化模型或幂指数强化模型的简化。基于Powell共轭算法、黄金分割法和进退法的MATLAB程序语言和PYTHON的ABAQUS子程序语言的反向有限元法确定幂指数强化模型和线性强化模型的参数,绘制成真实应力-真实应变曲线与常规拉伸实验曲线基本吻合。
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