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1、在高压力下的压铸铝合金的断裂DirkMohra,*,RolandTreitlerba美国麻州麻省理工学院机械工程学系一个影响和耐撞性实验室b德国慕尼黑宝马公司有关研究性杂志获得于2005年1月10日，2006年9月12日通过修正；2007年1月23日被接受，2007年2月25日可网络在线得到。摘要本文依据已经得到的图像，论述怎样预测工业压铸合金Al–10Si–Mg–Mn在压力下的裂纹萌生。将全新设计的扁平试样装在一个定制的两向测试装置上，该试样加载各种剪切应力和正应力的组合，根据组合实验中接近的数值，可研究应变从约0.0至0.6的裂纹萌生。在一个已经校准图像
2、断裂判据基础上预测开始发生断裂时的三向轴向应变及最大主应变。金相分析结果表明，导致硅颗粒断裂三向轴向应变在0.25以上，而随着铝基中不稳定粒子使其矩阵分层，开始形成宏观裂纹，裂纹周围的三向轴向应力为0左右。关键词：铝合金；高压压铸；断裂判据；三向轴向应力；失效机理1.前言在过去十年期间压铸合金和加工工艺的取得实质性的发展（如[15,21]）。高压压铸铝或镁合金制成的组件在各种汽车应用中有着很多优势。特别是，在铸造过程中的成本和复杂的几何形状的薄壁部件的可能导致现代轻型车中应用这类材料。例子包括碰撞有关汽车车身的部件,如碰撞仿真或压力铸造仪表板、可以体现得出其
3、很高的功能。在整个虚拟汽车开发过程中，它最重要的意义是使用可靠的模型来预测个别材料的机械力学性能。在压力铸造的情况下，这涉及到模型的弹塑性的反应以及裂纹的预测。后者的特别吸引人的地方是误用在碰撞仿真中失效的独立部件，可能会改变车辆整体性能。在铝或钢制成的机构中，经常是根据当前的材料缩孔率来预测断裂。这种方法需要初始孔洞体积分数、空洞形核（例如，[13]）以及作为金属孔洞长大是受不可逆的变形模型知识（如[18,23,8,24]）。此外，为了预测断裂发生，必须确定临界孔洞体积分数，可以从直接测量或从校准模型参数（如[12,16,22]）。D.Mohr,R.Tre
4、itler/工程力学例75(2008)97–116作为对多孔可塑性的替代是根据裂缝预测，断裂机理图像经常被用来预测金属断裂的发生（如[6,4,9]）。这些准则预测裂纹的萌生基于宏观应力-应变场的基础。由于静水压力强烈影响大多数韧性金属的孔洞长大和形核率，图像断裂准则预测把三向应力作为有效的塑性应变状态应力。这项工作用来处理断裂的压力压铸件Al–10Si–Mg–Mn合金。鉴于在汽车工程中的大规模计算，我们把我们的注意力限制一个图像的断裂准则的发展上，可配合使用的计算效率J2的塑性算法。其出发点是一系列两向轴向应力的实验。一个专门定制的测试设备来研究新开发的扁平
5、试样在三向轴向应变从0.0到0.6的裂纹萌生。随后，进行数值模拟，以确定在一个相对的最高主应力-应变平面限制形式的图像断裂准则。此外，进行金相分析，以深入的了解在低和高三向轴向应力下的一些裂纹的萌生机制。2．材料我们分析一个凝固的高压压铸铝（Al）、硅（Si）、镁（Mg）、锰（Mn）组成的合金。它的化学成分精确重量的百分比由表1给出。作者把Al–10Si–Mg–Mn的化学成分准确的重量百分比列于表1。这种合金的薄壁组成部分已经应用真空辅助压力铸造工艺制造出来。所有铸件都经过T7热处理，提高了对Al–10Si–Mg–Mn合金的塑韧性。用于机械强度测试的试样已经
6、从2.8至3.0毫米厚的压铸部件中被提取（每个铸造件有两个标本）。此外，样本提取的位置已被选定在靠近浇口系统。因此，试样内的孔洞率是相当低的。利用电脑断层扫描（lCT40），我们可以确定初始的孔洞率平均在0.25%左右。2.1微观结构热处理的Al-10Si-Mg-Mn合金微观结构是由树突状铝和围绕其周围的共晶硅颗粒组成。在图中光明与黑暗的地区。图1a的分别对应铝基体和硅颗粒。几个显微组织利用数字图像进行了分析。该硅粒子形状长宽比范围从0.5到0.8。树突状晶粒和共晶微粒的平均直径大约分别为10微米和2微米。此外，在显微镜定量分析中显示，硅粒子面积密度约10%
7、。D.Mohr,R.Treitler/工程力学例75(2008)97–116表1化学成分为Al-10Si-Mg-Mn高压压铸铝合金图1(a)高压压铸Al-10Si-Mg-Mn铝合金热处理树突组织。硅球形共晶(暗灰色)嵌入在铝基(浅灰色)；平均粒子:直径1～3微米；颗粒形状的长宽比:0.5～0.8。(b)氧化皮(图片左部的一部分)在粗糙的断口(右侧)。由于他们的特征的形状,他们很可能会充当微裂纹。D.Mohr,R.Treitler/工程力学例75(2008)97–1162.2单向轴向应力-应变曲线由法向和切向组合的单向拉伸测试已经确定Al–10Si–Mg–Mn
8、合金单向轴向应力-应变的曲线。为此,平的2毫米厚狗骨
