材料微观参数及工况条件对高精度铝合金矩形管内表面粗糙度演化的影响探究

发布时间：2017-07-20 02:00

  本文关键词：材料微观参数及工况条件对高精度铝合金矩形管内表面粗糙度演化的影响探究

  更多相关文章： 高精度铝合金矩形管 晶体塑性理论 表面粗糙度 最优模型尺寸 有限元分析

【摘要】：高精度矩形管被广泛用于雷达、导航、航空、无线电通讯等领域,是传输微波信号的主要介质。由于在使用过程中要求通过它的脉冲信号应以极小的损耗被传送到目的地,因此对其形状尺寸有很高的要求,特别是其内表面质量有着极其严苛的要求。目前重庆大学已经很好地解决了尺寸超差、壁厚不均、长边中部内凹、管坯拉断等质量问题,能够生产出具有高尺寸精度的铝合金矩形管。但是,其内表面质量仍然不能完全满足使用要求,因此仍需要进一步研究分析。本文基于晶体塑性理论通过三维有限元分析模型模拟分析了材料参数和工况条件对表面粗糙度演变的影响,包括晶粒直径,织构类型,接触压力和滑动速度,主要内容如下:①通过三维Voronoi图建立多晶体细观有限元分析模型,采用统计分析的方法计算出不同平均晶粒直径下对应的最优模型尺寸。最优模型一方面可以提高计算效率,另一方面可确保包含足够的材料参数信息,这为后面的模拟分析提供了良好的条件。②在五种应变路径下模拟分析了不同的平均晶粒直径对表面粗糙度的影响。结果表明在五种应变路径下都呈现出晶粒尺寸越小得到的粗糙度值越低的规律。这主要是因为晶粒尺寸越小,晶界附近和晶粒内部的应变差值越小,变形就越均匀。因此细化晶粒是提高变形后工件表面质量的有效方法。③分析了不同路径下织构类型对表面粗糙度的影响。发现在五种应变路径下,S织构在变形后得到的表面粗糙度一般都是最大,而立方织构和戈斯织构往往能得到相对最小的表面粗糙度。这种现象在一定程度上和泰勒因子有关。模拟结果表明,S织构对变形条件比较敏感,立方织构则相对较稳定。因此在具有复杂受力和变形状况的工艺中,工件不宜出现过多的S织构。④建立了具有一定初始粗糙度的三维有限元分析模型,并且基于分析模型研究了不同接触压力和滑动速度对表面粗糙度的影响。结果表明在不同的滑动速度下粗糙度都会表现出随接触压力的增加而减小的趋势,这主要是由模具的压平作用导致的。当滑动速度在16mm/s-64mm/s之间时,粗糙度表现出随滑动速度的增加先增加后减小的趋势。⑤对两组具有不同晶粒直径和晶粒取向的Al6061试样进行了单向拉伸实验,并和模拟结果进行分析对比。实验结果和模拟结果吻合良好,证明了模拟结果的准确性。⑥通过对磨实验分析了接触压力和滑动速度对试样粗糙度的影响并和模拟结果进行了对比分析。两者得到的结果并不吻合,分析原因主要是由于模拟过程中没有考虑磨损机理及润滑性能对粗糙化的影响。因此在之后对于模具和工件接触问题的模拟分析中应该引入摩擦磨损对表面粗糙化的影响,这为今后的模拟分析指明了方向。通过分析摩擦系数的变化发现,在150N-480r/min附近的重载荷高速条件下界面的摩擦系数相对最小。本文以高精度铝合金矩形管为背景,从简单的变形路径入手,通过晶体塑性理论分析了多个初始材料参数和工况条件对表面粗糙度演变的影响,为今后能够进一步解决高精度铝合金矩形管内表面粗糙度问题提供了一定的理论参考。
【关键词】：高精度铝合金矩形管 晶体塑性理论 表面粗糙度 最优模型尺寸 有限元分析
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG359;TG146.21
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 管材拉拔工艺国内外研究现状9-10
• 1.3 晶体塑性理论的研究及应用现状10-12
• 1.4 塑性成形表面粗糙度演变的研究现状12-14
• 1.5 本文的研究背景、目的及意义14-15
• 2 晶体学及晶体塑性理论基础15-26
• 2.1 引言15
• 2.2 晶体学基础15-18
• 2.2.1 晶向指数和晶面指数15-16
• 2.2.2 晶体取向的欧拉角表示法16-18
• 2.3 晶体塑性理论基础18-24
• 2.3.1 有限变形的几何学和运动学18-20
• 2.3.2 晶体变形运动学20-22
• 2.3.3 单晶体的塑性本构及硬化模型22-24
• 2.3.4 多晶体塑性变形模型24
• 2.4 晶体塑性本构理论在ABAQUS中的实现24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 3 多晶体细观几何建模及分析模型尺寸的确定26-34
• 3.1 引言26
• 3.2 Voronoi模型简介26-27
• 3.3 表面粗糙度三维参数评定27-30
• 3.3.1 三维评定基准面的建立27-28
• 3.3.2 三维评定参数及评定方法28-30
• 3.4 细观分析模型尺寸的确定30-33
• 3.5 本章小结33-34
• 4 材料微观参数及工况条件对表面粗糙度的影响34-44
• 4.1 引言34
• 4.2 不同应变路径下材料参数对粗糙度的影响34-39
• 4.2.1 细观分析有限元模型边界条件的确定34-35
• 4.2.2 晶粒直径的影响35-37
• 4.2.3 织构类型的影响37-39
• 4.3 载荷和滑动速度与表面粗糙度演变的关系39-43
• 4.3.1 三维表面粗糙度的建模39-40
• 4.3.2 载荷和滑动速度对表面粗糙度的影响规律40-43
• 4.4 本章小结43-44
• 5 实验分析及验证44-60
• 5.1 引言44
• 5.2 单向拉伸实验44-46
• 5.2.1 拉伸试样准备44-45
• 5.2.2 表面粗糙度的测量45-46
• 5.3 单向拉伸实验与模拟结果对比分析46-47
• 5.4 对磨实验47-51
• 5.4.1 材料选择及热处理工艺47
• 5.4.2 表面粗糙度及形貌的测量47-48
• 5.4.3 实验仪器及试样的制备48-50
• 5.4.4 对磨实验过程50-51
• 5.5 对磨实验结果分析51-57
• 5.5.1 表面粗糙度的演变51-54
• 5.5.2 摩擦系数的改变54-57
• 5.6 对磨实验与模拟结果对比分析57-58
• 5.7 本章小结58-60
• 6 结论与展望60-62
• 6.1 结论60-61
• 6.2 展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-67

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本文编号：565727