基于Q235材料的大变形程度真实应力应变曲线及硬化特性研究

摘要

建立准确的本构方程是解决金属塑性成形问题的重要前提，而等效应力与等效应变之间的关系时描述塑性本构中必不可少的补充条件。根据单一条件曲线假设，金属材料在任何应力状态下等效应力与等效应变之间的关系可用材料的真实应力应变曲线来代替。多年以来，各国研究者用多种方法对真实应力应变曲线的制作方法进行探索但是各种研究结果得到的真实应变都偏小，另外，对于有硬化特性的金属材料而言，从其真实应力应变曲线上也无法获得硬化程度与塑性指标变化之间的定量描述。
　　针对以上问题，本文以Q235为研究对象，提出了一种将单向压缩实验和拉伸实验结合来制作大变形下程度条件下真实应力应变曲线的方法。
　　首先在有润滑措施的条件下对Q235材料的圆柱体进行不同变形程度的镦粗，测试接触表面网格节点径向位移与压下量的关系。建立与试件镦粗的有限元分析模型，将测得的压下量及接触端面径向位移作为边界条件引入有限元模型，对镦粗过程进行有限元计算，获得试件内部的均匀变形区分布区域以及均匀变形区内的等效应变值大小。然后在镦粗后试样的均匀变形区内切取拉伸试件并进行拉伸实验，将具有不同镦粗变形量后（包括压下量为0）再行拉伸时获得的材料屈服极限（或σ0.2）连城一条曲线，即可获得大变形程度条件下的等效应力应变（真实应力应变）曲线。
　　数值计算结果表明，由于摩擦的影响，试件内均匀变形区的等效应变略大于试件的平均真实应变，随着变形程度的增大，二者的差别也增加，当压下量为50％时，二者的差别约为6%。对镦粗后试件的硬度检测结果显示，随着压下量的增加，试件芯部和边缘的硬度值也不断增加，但压下量增加到一定数值时，硬度值趋于常数，这一事实说明，材料的加工硬化有其极限值存在。
　　从具有不同预镦粗量的试件进行拉伸实验后得到的延伸率和断面收缩率来看，镦粗变形程度大小对随后拉伸实验的剩余塑性影响不大，这一事实澄清了加工硬化概念中变形使塑性指标下降的模糊概念。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 单一曲线假设及其在塑性理论中的地位和作用

1.3 等效应力等效应变关系曲线制作方法

1.4 真实应力应变曲线的局限性分析

1.5 金属材料的硬化极限

1.6 本文的主要研究内容

第2章 研究方案设计

2.1 基于单向拉伸实验的真实应力应变

2.2 基于单向拉伸实验的真实应力应变曲线

2.3 基于单向压缩实验的真实应力应变曲线

2.4 大变形程度条件下真实应力应变曲线实验方案

第3章 镦粗实验及有限元模拟

3.1 引言

3.2 试件制备

3.3 试件镦粗实验

3.4 镦粗实验的数值模拟

3.5 镦粗实验模拟结果分析

3.6 本章小结

第4章 大变形程度条件材料硬化特性研究

4.1 引言

4.2 带有预变形的材料硬化特性

4.3 硬度检测

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢