管的高压剪切变形数值分析及实现技术

论文摘要

管的高压剪切变形（THPS）是一种新兴的剧烈塑性变形方法，该方法是在三向压应力的条件下实现材料的纯剪切变形，变形效率高并有望实现大块纳米材料的制备，因此有着重要的科学研究价值。目前THPS的研究正处于初始阶段，本文主要从理想状况下THPS模拟研究、三维状况下THPS数值模拟分析、实验模具工艺设计和实验结果分析对THPS进行研究，为THPS工艺的更加深入研究和超细晶材料的制备打下基础。首先，在二维理想状况下对管高压剪切变形进行数值模拟，分析材料流动规律和变形分布规律，还研究了旋转角度、平均半径、试样壁厚、试样材料和半径比对试样变形的影响。得出THPS能使材料发生很大的剪切变形，并且经过变形后材料的最大变形总是在试样的内圈，最小变形在试样的外圈；旋转角度和半径比是影响试样变形大小和分布的关键因素，相同半径比的不同试样经过此工艺变形后得到材料变形大小及分布基本一致。然后，在三维情况下进行数值模拟分析，得到真实变形后材料的总体流动规律和变形分布规律。通过不同试样的模拟得知接触部位的摩擦、试样高度和压力大小会使得变形后试样变形大小和分布不同：压力过小会使接触之间的摩擦不够从而出现打滑；随着高度的增加最大变形出现在试样内圈中间位置处；接触之间的摩擦影响着变形的分布规律。最后，基于数值模拟结果进行模具和工艺的设计，并在设备上进行相关实验，通过变形后试样的宏观流动观察、硬度测试和显微组织分析最终得出经过实验变形后试样的流动规律和变形分布规律与数值模拟结果相吻合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引述
• 1.2 剧烈塑性变形概况
• 1.2.1 等径角挤压变形技术
• 1.2.2 高压扭转法
• 1.2.3 叠轧合技术
• 1.2.4 多向锻压法
• 1.2.5 管高压扭转
• 1.3 研究内容
• 第2章 理想状况下管高压剪切变形研究
• 2.1 有限元分析
• 2.1.1 有限元法概念
• 2.1.2 塑性有限元法分类
• 2.1.3 Marc 软件介绍
• 2.2 管高压剪切变形理论分析
• 2.3 二维理想状况下数值模拟设定
• 2.4 理想状况下变形的一般规律
• 2.4.1 材料流动规律
• 2.4.2 材料应变规律
• 2.4.3 数值模拟解与解析解对比
• 2.5 各个参数对应变的影响
• 2.5.1 旋转角度对试样应变的影响
• 2.5.2 平均半径对试样应变的影响
• 2.5.3 壁厚对试样应变的影响
• 2.5.4 材料对试样应变的影响
• 2.5.5 半径比对试样应变的影响
• 2.6 小结
• 第3章 三维状况下管高压剪切的数值模拟分析
• 3.1 数值模拟参数及设定
• 3.2 三维状况下管高压剪切变形规律分析
• 3.2.1 材料流动分析
• 3.2.2 材料应变分析
• 3.3 压力对试样应变的影响
• 3.4 摩擦对试样应变的影响
• 3.5 高度对试样应变的影响
• 3.6 压力施加方式对试样应变的影响
• 3.7 小结
• 第4章 实验模具设计
• 4.1 实验方案的选择
• 4.2 试样参数的制定
• 4.3 模具的设计
• 4.4 小结
• 第5章 实验结果分析
• 5.1 实验前试样准备
• 5.2 实验过程
• 5.3 试样结果及分析
• 5.3.1 金属流动
• 5.3.2 变形后试样硬度测试
• 5.3.3 试样显微结构
• 5.4 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢