文档介绍：上海交通大学
博士学位论文
大锻件锻造成形过程中内部空洞型缺陷演化规律的研究
姓名:张效迅
申请学位级别:博士
专业:材料加工工程
指导教师:崔振山
20091001
摘要要求高,因此质量要求极为严格。然而,钢铁冶金过程决定了人型钢锭内部不可避免纹损伤,导致锻件寿命缩短以致报废。因此,深入认识空洞演化规律,探索提高空洞化的计算程序,在软件基础上建立了人锻件锻造过程中内部空洞演化的仿真针对大锻件锻造成形过程中内部大量微小空洞同时存在并各自变形的情况,本文处的宏观力学状态,典型体元内部的速度场决定空洞的演化。基于典型体元模型,运用细观塑性理论,建立了空洞的体积和形状演化参数与宏观力学量场之间的一般关系;基于虚功原理,建立了研究大锻件内部空洞演化的通用方法。典型体元模型为探索大锻件锻造过程中内部空洞型缺陷的演化规律提供了比较成功的研究方法。由于大锻件锻造成形过程中内部空洞的体积和形状都会变化,为了得到空洞演化的定量规律,本文基于旋转椭球双曲坐标系和空洞周围基体材料的动可容速度场,采前体积与空洞初始体积的比魑E卸洗蠖图驮斐尚喂讨心诓靠斩囱莼囊谰荩得到了材料属性、应力和应变状态对空洞演化的影响规律。结果表明,空洞体积变形针对实际生产中对具有明确物理意义和普遍适用性的空洞闭合判定准则的现实需大锻件是人型成套设备的核心零部件,被广泛应用于电力、冶金、造船、石油化工、核能、航空航天和国防军工领域。大锻件通常上作条件差、载荷大、安全可靠性地会存在空洞型缺陷,内部空洞的存在破坏了金属的连续性,容易形成应力集中与裂压实效果的条件,将有助于提高锻件内在质量,促进锻造工艺的制定由经验走向科学。由于大锻件内部分散着人量相对极为微小的空洞型缺陷,为了全面解析空洞在锻造过程中的演变,本文对空洞型缺陷的演化进行了较为系统的研究,试图同答这样的问题:如果大锻件某位置存在空洞型缺陷,那么空洞演化与大锻件锻造过程中的宏观力学量场有何定量关系斩囱莼泻喂媛为此,本文基于细观塑性理论,通过理论建模、数值模拟和试验研究,提出了通用的空洞闭合判定准则,开发了模拟空洞演平台,并通过试验验证了所提出的理论和方法的正确性。主要研究内容和成果如下:提出了研究大锻件内部空洞演化的典型体元模型,典型体元模型是建立空洞演化与大锻件锻造成形罩涠苛O档那帕骸5湫吞逶?梢怨榻嵛4蠖图旯凵系囊桓龅元,对微小空洞而言可以视为无限火,,对空洞演化进行了详细的数值计算,提出用空洞相对体积斩吹率随着应力三轴度水平和材料指数的增大而单调增加;空洞相对体积随应力三轴度水平的提高和等效应变的增大而减小;随着应力三轴度水平和材料指数的增大,空洞完全闭合所需的远场等效应变减小。
果,通过引入四个参数,提出了一个简明的空洞体积演化模型,得剑了包含材料属的相似性。本文通过在樯霞覶空洞并组装成一个整体的方法,制备了可以关键词求,本文基于力学分析和数值计算,通过研究球形空洞演化成扁椭球并最终铣晌裂纹的过程,得剑了空洞闭合的插值模型。根据插值模型和空洞演化的数值计算结性、应力应变状态和温度影响的具有明确物理意义的大锻什内部空洞闭合判定准则,其中温度的影响通过材料指数和应力应变关系米体现。空洞闭合判定准则定量地反映了空洞闭合的一般规律。针对大锻件锻造成形过程中难以准确预报内部大量微小空洞同时存在并各自演化这一难题,本文通过开发模拟空洞演化的计算程序,将空洞演化模型嵌入商用软件,实现了人锻件锻造成形过程中内部空洞体积演变的定量化和可视化,建立了空洞演化的仿真平台,首次在大锻什锻造过程的模拟中将空洞相对体积同步、直观地显示出来,为锻造工艺的优化和锻造方法的创新提供了理论和计算依据,为揭示空洞演化规律和预报锻造工艺对空洞型缺陷的压实效果提供了一条新途径。在此仿真平台上,对不同砧形的镦粗蘸投嗌喜蕉嗟来蔚陌纬艺过程中锻件内部空洞闭合情况进行了数值模拟,分析对比了不同锻造方法对内部空洞的压实效果,并提出了钹形砧镦粗方法。由于大锻件体积人、重量高、价格昂贵,直接用人锻件进行试验受到诸多限制,而铅是再结晶温度为窒温的金属材料,其常温塑性性能与高温钢的塑性性能具有很好定量研究空洞演化的试件,试验研究了不同锻造方法对空洞闭合的影响,并采用精密的光学投影仪对空洞体积进行测鼍,试验结果和数值模拟结果吻合较好,验证了本文建立的人锻件内部空洞演化模犁与仿真方法的有效性和准确性。利用本文建立的空洞演化仿真平台,分析了低压转子现行的锻造工艺,在对现行工艺进行定量评估的基础上,建议了新的锻造铡Q芯勘砻鳎诳斩囱化仿真平台,通过治龊陀呕梢晕4蠖图杓谱钣诺亩驮旆椒ǎ才鸥的成形工艺,获得更好的成形质量。大锻件,锻造,空洞演化,典型体元,仿真平台,数值模拟,物理模拟汉=煌ㄈ搜’学博宦畚..
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