高温ECAE处理镍钛合金的热塑耦合有限元模拟及优化研究

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1、上海交通大学硕士学位论文高温ECAE处理镍钛合金的热塑耦合有限元模拟及优化研究姓名：王伟之申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：程先华20090201上海交通大学硕士论文摘要同摩擦系数下的ECAE过程。结果表明，不论在有无摩擦情况下，沿着三个方向的截面上的等效应变分布都不均匀；随着摩擦系数的增大，试样内部的等效应变不均匀程度有所减小，而挤压所需的最大挤压力急剧增大。第四，挤压变形热对挤压结果产生了重要影响。热塑性耦合有限元分析结果表明：试样在挤压过程中因塑性变形热造成的高温区，与实验观

2、测到的试样表面发生氧化的位置一致，证实了有限元分析的有效性。因此，在进行高温非等温ECAE时需要考虑热的影响。第五，首次建立了新的近等径转角挤压模型(NearEqualChannelAngularExtrusion，简称NECAE)，并用于NiTi的有限元挤压模拟。结果表明：相比于同等条件下的ECAE方法，NECAE处理后的试样主要变形段等效应变分布更均匀，同时挤压力曲线振幅较小，表明该方法可以起到减小模具受冲击的效果。本文通过计算机数值模拟分析方法，对NiTi合金挤压的预热过程和停驻时间进行了

3、有限元分析；建立了热塑耦合的ECAE有限元模拟，分析了不同摩擦系数下合金试样内部的变形分布；提出了新的NECAE挤压模型，并用于NiTi合金热塑耦合有限元模拟。研究结果促进了高温ECAE工艺研究，能够为改进NiTi合金乃至其他低温难加工合金（如铝青铜合金）的高温挤压成形工艺提供优化方案，同时为类似热塑性耦合有限元分析提供技术支撑，有利于促进ECAE技术工业化应用。关键词：NiTi合金，高温，等径挤压，近等径挤压，热塑性耦合，有限元法IV上海交通大学硕士论文AbstractThermal-Plas

4、ticcoupledFiniteElementAanlysisandoptimizationstudyontheProcessofNiTiIntroducedbyECAEAbstractNiTialloypossessesagoodshapememoryeffectandanexcellentpseudoelasticity.Itisappliedwidelyinaeronauticsandastronautics,electromechanics,chemicalindustry,andbio

5、-medicalindustry.SincetheNiTialloyhasapropertyofhighstrength,anditsplasticityatlowtemperatureisrelativelypoor,anexcellentcomprehensivepropertycannotbeachievedmerelythroughregularprocessing.Recently,relativegoodresultshadbeenachievedapplyingequalchann

6、elangularextrusionmethodintheprocessingoftheNiTialloyatahightemperature.However,thedeformationprocessiscomplexandhardtobeobservedfromexperiment,whichleadstolittleimprovementmadeinitsapplication.Forthosereasons,thecraftsareneededtobeimprovedforitspopu

7、larindustryapplication.BasedonthestudyingoftheECAEexperimentsoftheNiTialloy,thispaperappliedfiniteelementanalysistothewholeECAEprocessfrompre-heatingtoextrusionprocess.Andaseriesofimportantresultswereachieved.First,theheatingprocedureoftheNiTialloysp

8、ecimenwasanalyzedbythefiniteelementanalysis(FEA)andtheoreticcalculationwascompleted.Thestudyshowedthat:theinternaltemperatureofthe10mmX10mmspecimenroseuprapidlyata770℃furnacetemperatureatthebeginningofheating.Then1200slater,therisespeedoftemperaturew