CN108009379B - 一种塑性压缩成形临界损伤的识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塑性压缩成形临界损伤的识别方法，包括如下步骤：一在等温恒应变速率条件下，通过上模对圆棒材料进行压缩变形，将整个压缩变形均匀分为N个控制周期；二提取压缩变形后材料的内部应力，计算得到各个控制周期的累计损伤值；三建立累计损伤与宏观等效应变的函数，在此基础上建立损伤敏感系数与宏观等效应变的函数，当损伤敏感系数值趋于0时，对应的宏观等效应变即为临界断裂应变，并计算得到临界损伤值；四重复采用上述方法，建立临界损伤值与温度、应变速率的关联模型。本发明能够有效的识别塑性压缩过程的临界损伤，避免盲目的成形工艺设计导致产品开裂等缺陷产生，为产品工艺设计提供科学指导。

Description

一种塑性压缩成形临界损伤的识别方法

技术领域

本发明涉及一种塑性压缩成形临界损伤的识别方法。

背景技术

目前，关于塑性拉伸成形过程中的临界损伤研究较多，但对塑性压缩成形过程中临界损伤研究较少，国内权国政等人开展了《不同温度及应变速率条件下AZ80镁合金临界损伤因子研究》(功能材料，2010年第5期(41)卷)，主要采用数值模拟软件中自带的Cockcroft-Latham损伤因子模型，软件自动计算其塑性压缩成形过程中的损伤值，由于数值模拟软件计算的损伤值显示精度等累积误差问题，采用相邻步长损伤值之差与累计损伤的比值得到的损伤敏感系数经常间隙出现大量的0值，无法有效研究损伤敏感系数的变化规律。更为重要的是，上述文献尚未对压缩塑性成形中损伤值进行深入计算分析，没有揭示在等温恒应变速率条件下的累积损伤与等效应变、应变速率的内在联系，文献报道中的损伤敏感系数与位移或时间的关系曲线点大多很分散，采用线性拟合计算得到的临界损伤应变误差很大，无法指导设计工艺设计开发。

发明内容

本发明的目的是提出的一种塑性压缩成形临界损伤的识别方法。为了实现上述目的，采用以下技术方案：

一种塑性压缩成形临界损伤的识别方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)在等温恒应变速率条件下，通过上模对圆棒材料进行压缩变形，将整个压缩变形均匀分为N个控制周期，则第i(1≤i≤N)个控制周期的上模运动平均速度

其中h₀—圆棒材料的原始高度(mm)，Δt—N个控制周期的平均单位时间(s)，

—N个控制周期的平均应变速率(s^-1)，ε_i—从第1个到第i(1≤i≤N)周期总共累计的等效应变，并且

(2)提取压缩变形后材料的内部应力，计算得到第i(1≤i≤N)个控制周期的累计损伤

其中t_f—从变形开始到断裂所经历的累计时间(s)；σ_li—第i(1≤i≤N)个控制周期的最大损伤单元的最大主应力(MPa)，当σ_li＜0时_σli取值为0；σ_mi—第i(1≤i≤N)个控制周期的最大损伤单元的等效应力(MPa)；

—第i(1≤i≤N)个控制周期的最大损伤单元的平均应变速率(s^-1)，Δt—N个控制周期的平均单位时间(s)；

(3)建立第i(1≤i≤N)个控制周期的累计损伤C_i与累计等效应变ε_i的函数

其中n—二次项等效应变函数的参量的个数，a₀—二次项等效应变函数的参量常数，a₁—多项式等效应变函数的线性参量常数，a_j—多项式等效应变函数的j次方参量常数，ε^j _ij—与第j次方参量相关的多项式等效应变，b₀—指数项等效应变函数的参量常数，b₁—指数项等效应变函数的线性参量常数，b_k—指数项等效应变函数的非线性参量常数，ε^k _ik—与第k次方参量相关的指数项等效应变，m—指数项等效应变参量的个数，在此基础上建立损伤敏感系数与累计等效应变的函数

其中，

—在累计等效应变ε_i处的累计损伤函数的导数值，

—N个控制周期的平均应变速率(s^-1)，Δt—N个控制周期的平均单位时间(s)，f(ε_i)—在累计等效应变ε_i处拟合计算的累计损伤值，ε_i—从第1个到第i(1≤i≤N)周期总共累计的等效应变；当损伤敏感系数R_i值趋于0时，对应的累计等效应变ε_i即为临界断裂应变，同时通过

函数计算得到临界损伤值；

(4)重复采用上述方法，分别计算得到不同温度、不同应变速率条件的临界损伤值，并建立临界损伤值与温度、应变速率的关联模型。

在等温恒应变速率条件下，通过设定最小误差δ_e，根据

确定控制周期时间Δt(s)，

—N个控制周期的平均应变速率(s^-1)。

本发明公开了等温恒应变速率条件下的累计损伤、损伤敏感系数的计算方法，解决了传统数值模拟软件计算损伤敏感系数经常间隙出现大量的0值、损伤敏感系数与位移或时间的关系曲线点分散等问题，能够有效的识别塑性压缩过程的临界损伤，避免盲目的成形工艺设计导致产品开裂等缺陷产生，为产品工艺设计提供科学指导。

附图说明

图1为等温恒应变塑性压缩成形示意图；

图2为数值模拟计算和实际测量的等效应力与应变曲线示意图；

图3为累计损伤与应变的关系曲线示意图；

图4为损伤敏感系数与应变的关系曲线示意图；

图5为临界损伤值与温度、应变速率的关联模型示意图。

具体实施方式

以下结合实例对本发明作进一步说明。

实施例1

纯铜等温恒应变塑性压缩成形如图1所示，坯料的原始尺寸为直径8mm、高度12mm，分别在变形温度800℃，应变速率0.001s^-1、0.01s^-1、0.1s^-1、1s^-1的条件下，上模运动速度按照

函数的参数设置，对坯料进行塑性压缩变形。

图2是采用数值模拟计算和实际测量的等效应力与应变曲线基本一致，说明设置的上模运动速度可靠。在此基础上，提取坯料变形过程中内部应力，如主应力等，采用

计算累计损伤，得到累计损伤与应变的关系曲线如图3所示，并建立累计损伤与应变的多项式和指数项的分段函数关系，然后采用

计算损伤敏感系数，得到损伤敏感系数与应变的关系曲线如图4所示。

重复采用上述方法，分别计算得到变形温度20℃、200℃、400℃、600℃，在应变速率0.001s^-1、0.01s^-1、0.1s^-1、1s^-1的条件下的临界损伤值，并绘制得到临界损伤值与温度、应变速率的关联模型，如图5所示，能够为纯铜产品工艺设计提供科学指导。

Claims (2)

1.一种塑性压缩成形临界损伤的识别方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)在等温恒应变速率条件下，通过上模对圆棒材料进行压缩变形，将整个压缩变形均匀分为N个控制周期，则第i个控制周期的上模运动平均速度

其中h₀—圆棒材料的原始高度，单位为mm，Δt—N个控制周期的平均单位时间，单位为s，

—N个控制周期的平均应变速率，单位为s^-1，ε_i—从第1个到第i周期总共累计的等效应变，并且

(2)提取压缩变形后材料的内部应力，计算得到第i个控制周期的累计损伤

其中t_f—从变形开始到断裂所经历的累计时间，单位为s；σ_li—第i个控制周期的最大损伤单元的最大主应力，单位为MPa，当σ_li＜0时σ_li取值为0；σ_mi—第i个控制周期的最大损伤单元的等效应力，单位为MPa；

—第i个控制周期的最大损伤单元的平均应变速率，单位为s^-1，Δt—N个控制周期的平均单位时间，单位为s；

(3)建立第i个控制周期的累计损伤C_i与累计等效应变ε_i的函数

其中n—二次项等效应变函数的参量的个数，a₀—二次项等效应变函数的参量常数，a₁—多项式等效应变函数的线性参量常数，a_j—多项式等效应变函数的j次方参量常数，ε^j _ij—与第j次方参量相关的多项式等效应变，b₀—指数项等效应变函数的参量常数，b₁—指数项等效应变函数的线性参量常数，b_k—指数项等效应变函数的非线性参量常数，ε^k _ik—与第k次方参量相关的指数项等效应变，m—指数项等效应变参量的个数，在此基础上建立损伤敏感系数与累计等效应变的函数

其中，

—在累计等效应变ε_i处的累计损伤函数的导数值，

—N个控制周期的平均应变速率，单位为s^-1，Δt—N个控制周期的平均单位时间，单位为s，f(ε_i)—在累计等效应变ε_i处拟合计算的累计损伤值，ε_i—从第1个到第i周期总共累计的等效应变；当损伤敏感系数R_i值趋于0时，对应的累计等效应变ε_i即为临界断裂应变，同时通过

函数计算得到临界损伤值；

(4)重复采用上述方法，分别计算得到不同温度、不同应变速率条件的临界损伤值，并建立临界损伤值与温度、应变速率的关联模型；

其中，1≤i≤N。

2.如权利要求1所述的一种塑性压缩成形临界损伤的识别方法，其特征在于：在等温恒应变速率条件下，通过设定最小误差δ_e，根据

确定控制周期时间Δt，单位为s，

—N个控制周期的平均应变速率，单位为s^-1。

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