金屬微塑性成形的尺度效應(yīng)和本構(gòu)方程.pdf

1、成形系統(tǒng)微型化引起尺度效應(yīng)是微成形加工的主要特點(diǎn)，在微成形中不能簡(jiǎn)單地按幾何比例直接引用宏觀成形中的工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、物理參數(shù)以及工藝計(jì)算公式。微型化對(duì)材料的影響主要表現(xiàn)為成形過(guò)程中的應(yīng)力-應(yīng)變、各向異性、延伸率及成形極限等方面的特殊變化，這些都與材料的微觀組織及制件的微小結(jié)構(gòu)有關(guān)。從微成形工藝系統(tǒng)角度將微尺度效應(yīng)分為材料本征微尺度效應(yīng)和工藝條件微尺度效應(yīng)。討論了微尺度效應(yīng)的動(dòng)態(tài)性和相關(guān)性。提出了相似差和相似精度的概念，并給出了具有動(dòng)

2、態(tài)性和相關(guān)性的相似精度表述。給出的評(píng)估實(shí)例表明，所提出的評(píng)估概念和方法是切實(shí)可行的。微尺度效應(yīng)的合理分類(lèi)和評(píng)估為利用常規(guī)成形中的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式提供了現(xiàn)實(shí)途徑。
　　進(jìn)行了CuZn35薄板和電沉積細(xì)晶銅箔室溫單軸拉伸試驗(yàn)，研究了材料晶粒度和試樣特征尺度等因素對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變行為的影響及單軸拉伸斷裂行為中的尺度效應(yīng)等問(wèn)題，在對(duì)表面層效應(yīng)和應(yīng)變梯度效應(yīng)考察的基礎(chǔ)上提出了微塑性變形的擬流唯象模型。進(jìn)行了電沉積細(xì)晶銅箔高溫單軸拉伸試驗(yàn)，建立了微粘

3、塑性流動(dòng)弱化唯象模型。
　　將微塑性變形的擬流唯象模型和偶應(yīng)力、應(yīng)變梯度等概念相聯(lián)系，限定偶應(yīng)力為對(duì)稱(chēng)張量，并定義對(duì)稱(chēng)的轉(zhuǎn)動(dòng)梯度。應(yīng)變能假設(shè)為應(yīng)變張量和轉(zhuǎn)動(dòng)梯度張量的函數(shù)，導(dǎo)致柯西應(yīng)力的反對(duì)稱(chēng)部分貢獻(xiàn)為零。在本構(gòu)方程中引入了晶粒尺度與變形體特征尺度的比值以考慮表面層效應(yīng)和微尺度引起的變形容許自由度減小的影響。建立了微塑性變形的2J形變理論、理想剛塑性2J流動(dòng)理論和彈塑性2J流動(dòng)理論。將有關(guān)結(jié)論推廣到微剛粘塑性變形中，在微粘塑性流動(dòng)

4、弱化模型基礎(chǔ)上建立了相應(yīng)的本構(gòu)方程。證明了虛功原理，在此基礎(chǔ)上直接給出了推廣的最小位能原理、最小余能原理和最大逸散功原理。最后給出了微尺度下材料內(nèi)變量的測(cè)定方法。為微塑性和微超塑成形的模擬計(jì)算提供了依據(jù)。
　　將所提出的本構(gòu)方程引入到彈塑性增量有限元法和剛(粘)塑性有限元法有限元法中。用考慮微尺度效應(yīng)的彈塑性有限元法模擬了微拉深過(guò)程。結(jié)果表明，所獲得模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合。應(yīng)用Taguchi對(duì)剛塑性有限元法的模擬結(jié)果進(jìn)行了分析