外文翻譯--基于三維有限元方法的AZ31鎂合金等通道彎角擠壓的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 中文版.doc

本科畢業(yè)論文外文文獻及譯文文獻、資料題目：ThediestructuredesignofequalchannelangularextrusionforAZ31magnesiumalloybasedonthree-dimensionalfiniteelementmethod文獻、資料來源：MaterialsandDesign文獻、資料發(fā)表（出版）日期：2009.1.17院（部）：材料科學與工程學院專業(yè)：材料成型及控制工程班級：姓名：學號：指導教師：翻譯日期：山東建筑大學畢業(yè)論文外文文獻及譯文-1-中文譯文：基于三維有限元方法的AZ31鎂合金等通道彎角擠壓的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要由于等通道彎角擠壓（ECAE）可以使鎂合金產(chǎn)生超細晶粒微觀結(jié)構(gòu)，所以被廣泛研究。ECAE的關(guān)鍵是理解變形狀態(tài)，應變分布和載荷要求對模具設(shè)計的影響。在論文中，下模中設(shè)計了帶有不同圓心角和帶或不帶內(nèi)部倒角的新三維幾何模型，其中圓心角取值范圍為90度到120度。在使用DEFORM-3D軟件時，將一些重要的工藝參數(shù)定義為初始條件和邊界條件，比如模具和坯料的溫度，摩擦系數(shù)等。為了確保模擬的收斂性，要考慮幾何條件、位移條件和合理的收斂錯誤限制等。從模擬和實驗結(jié)果中分析了ECAE的變形不均勻性。比起沒有倒角的模具，在外拐角處存在倒角的模具使變形的均勻性得到了改進。累積的最大應變使ECAC模中外拐角的倒角減小、內(nèi)圓心角增長。所需的擠壓力使ECAC模中外圓心角處產(chǎn)生的倒角減小。研究表明，適當大小的外圓倒角和90度的內(nèi)圓心角可以使ECAC模獲得更好的結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，預測結(jié)果很好的吻合了實驗、理論計算和來自其他文獻的研究結(jié)論。2009ElsevierLtd.保留所有權(quán)。關(guān)鍵詞：AZ31鎂合金；等通道彎角擠壓；有限元；模具圓心角；變形不均勻性1.緒論由于超細晶材料擁有諸如高強度，高延展性的優(yōu)良機械性能，從而被廣泛研究。通過各種技術(shù)獲得超細晶材料得到了迅速的發(fā)展。劇烈塑性變形（SPD）技術(shù)，像等通道彎角擠壓（ECAE），高壓扭轉(zhuǎn)（HPT），循環(huán)通道模壓縮（CCDC）和累積軋制（ARB）是用相對低的代價在金屬材料中產(chǎn)生亞微觀晶粒結(jié)構(gòu)的最常見方法。在這些方法中，等通道彎角擠壓（ECAE）是獲得高強度，高韌性材料的最有效方法之一，它是由Segal提出從而發(fā)展過來的。在ECAE中，擠壓件在壓力作用下通過兩個成一定角度的等橫截面管道的模具。因為擠壓件在擠壓過程中橫截面保持不變。所以這個過程可以反復進行，從而使累積變形達到理想水平。高應變是可以達到的。有限元方法是了解ECAE過程中變形情況的重要方法之一。許多以有限元方法為基礎(chǔ)的分析用來確定材料的變形過程和估計在ECAP過程中的增應變。這些研究工作包括RaghavanS對通道角度和外拐角對摩擦條件的影響的研究1，Kim等人對通道角度和外拐角的影響的研究和SuhJ-Y等人對外拐角對不均勻性的影響的研究2，Kim和Kim對轉(zhuǎn)角差距變形及其影響的研究3，Lang和Shyong對通道角度和山東建筑大學畢業(yè)論文外文文獻及譯文-2-圓心角對材料流動的影響的研究4,LeeSC等人對不同材料模型，圓心角和摩擦系數(shù)的廣泛研究5,Wei等人對金屬不均勻變形的原因的研究6,Son等人對反壓力的影響的研究，YoonSC等人對均勻塑性變形的最佳模具設(shè)計的研究7。然而，這些研究是在假設(shè)了平面應變條件的二維近似下進行的，沒有討論應力，應變的不均勻性。通過二維分析獲得的結(jié)果只提供了有限的信息，另外產(chǎn)生了不可避免的二維近似的誤差。一些研究人員8-10在探索ECAE過程中使用了三維可塑性理論與模擬軟件。LuisPrez和Luri11用上限法對三維ECAE中的方形橫截面進行了分析，其中將內(nèi)外半徑都考慮了進去并且做了交叉角。Chung等人完成了ECAP的三維模擬分析。12使用商用的有限體積法（FVM）軟件對變形過程的每一道次進行等效應力應變分析。在參考論文13中三維有限元法用于分析處于在四百度下的ECAE工藝路線Bc的四個道次下的工業(yè)純鈦（CP-Ti）鋼坯。但很少有研究人員通過三維仿真技術(shù)，探討AZ31鎂合金的變形過程，特別是模具結(jié)構(gòu)對應變分布和擠壓質(zhì)量的影響。許多關(guān)于ECAP早期的研究僅僅局限于對軟純金屬和固溶體合金的變形過程的研究。而在最近，復雜的合金和一些有限數(shù)量的滑移系統(tǒng)的金屬的擠壓過程被更多的重視，特別是對鎂合金。對于這些難變形的材料，ECAE的三個方法可以使其成功變形。當前的研究趨勢是從ECAE中處理以獲取細晶粒鎂合金樣本14-20。圖1.ECAP模具拐角（）和圓心角（）示意圖圖1是一個ECAE的示意圖。底模中包含兩個具有相同截面積的交叉通道，這兩個通道以拐角交叉（如圖一）。在圖中，兩個通道交叉的外曲面被定義為角。在這樣的背景下，利用極端原則，例如，廣泛使用上限法去估計所需沖頭的壓力和ECAE方法所導致的累積等效應變。基于有限元法（FEM）的數(shù)值模擬廣泛運用優(yōu)化了ECAE方法21-25。山東建筑大學畢業(yè)論文外文文獻及譯文-3-ECAE過程中的塑性變形過程主要受模具的幾何形狀，材料本身和加工條件的影響。模具幾何形狀對ECAE過程有影響已經(jīng)通過實驗數(shù)據(jù)和有限元分析得到了證實。有必要為了更好的控制成型過程而從理論上建立ECAE過程模型分析研究各種復雜的因素。這項研究系統(tǒng)的分析了AZ31鎂合金在等通道彎角擠壓（ECAE）過程中的變形情況，并預測了不同模具結(jié)構(gòu)下ECAE形成納米結(jié)構(gòu)過程的應變與擠壓力。在最近的研究中，提出了一種通過有限元方法模擬ECAE過程的準靜態(tài)處理方法。這種方法所用的模具含內(nèi)角90度和120度，并且只有一道次擠壓。用UG軟件建立了四種ECAE模型并且也用DEFORM-3D軟件對這四種模型劃分了網(wǎng)格、進行了模擬。數(shù)字模擬程序、模具的建模、坯料、邊界條件、限制變形模擬的收斂誤差和基礎(chǔ)公式都相繼被提出。已經(jīng)研究了在ECAP過程中不同的模具幾何形狀對變形不均勻性的影響。在實驗室通過用兩個有或沒有倒角的ECAE模具做試驗證實了模擬的結(jié)果。因為顯微組織的變化和變形金屬的力學性能直接與塑性變形量有關(guān)，而對與應變變化有關(guān)的現(xiàn)象的理解在ECAE過程中很重要。等效應力應變的分布、模具拐角對不同地方的變形和均勻變形的影響、最大應變都已經(jīng)詳細的研究過。2.材料模型及模擬細節(jié)商業(yè)化的有限元程序（DEFORM5.0版），被用來對ECAE的一道次進行模擬。2.1一些假設(shè)和數(shù)值模擬程序在電腦模擬和實驗驗證中，由3%鎂和1%鋅構(gòu)成的AZ31可鍛鎂合金被用來做坯料。運用商業(yè)化的有限元軟件（DEFORM-3D）準靜態(tài)地進行數(shù)值模擬。DEFORM-3D是由SFTC公司開發(fā)的一款商業(yè)軟件。它是一套基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元系統(tǒng)（FEM），專門設(shè)計用于分析各種金屬成形過程中的三維流動。它提供了有關(guān)于成形過程中材料和溫度流動的重要信息。坯料被假定為彈塑性材料。在本文中遵守以下幾個假設(shè)：（1）容器和模具都是剛體；（2）被擠壓的坯料是一個剛塑性材料；（3）被擠壓坯料和沖頭、容器、模具之間的摩擦因子是常數(shù)的。模擬程序如下：（1）在UG軟件中通過建立三維CAD模型定義三維幾何特征（鋼坯，沖頭和模具）。幾何數(shù)據(jù)可以被定義為3DIGES或STL文件。（2）設(shè)置停止路徑，設(shè)定步數(shù)，選擇模擬