等径通道挤压三维有限元模拟及试验方法研究

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1、分类号TG371.学校代码10699密级学号026054042西北工业大学硕士学位论文（学位研究生）题目：等径通道挤压三维有限元模拟及试验方法研究作者：索涛指导教师：李玉龙专业技术职务：教授专业：固体力学申请学位日期：西北工业大学硕士学位论文摘要由于超细晶材料表现出很多优异的性能，特别是高强度和超延展性，世界各国越来越多的学者开始致力于超细晶材料的研究，特别是材料制备工艺的研究。近年来，等径通道挤压技术（EqualChannelAngularPressing,简称ECAP）成为研究的热点，由于该方法能显著的细化晶粒，制备出微观结构均匀、致密的三维大尺寸超细晶材料，因此成为块体超细晶材料制备的

2、一种热门技术，具有很大的工业应用潜力。本文利用三维有限元模型对等径通道挤压过程进行了模拟，通过对不同摩擦系数情况下一次挤压后试样中等效塑性应变分布的比较发现：沿三个方向的截面上的变形分布均不均匀，这说明二维有限元模型不能真实的模拟等径通道挤压过程中试样中的变形分布。此外，模拟结果还表明：摩擦对等效塑性应变分布及挤压力的影响较大，截面的变形不均匀参数和最大等效塑性应变出现的位置随摩擦系数的增大而变化。文中也采用能够实现两次连续挤压的三维有限元模型模拟了当前ECAP试验中常用的三种不同挤压路线挤压后试样内的变形分布，通过比较两次挤压后试样内等效塑性应变均匀性发现：0ºrotation、90ºro

3、tation和180ºrotation这3种挤压路线中，180ºrotation路线模拟所得的试样各截面的等效塑性应变分布最均匀，0ºrotation路线挤压后试样的变形均匀性最差。但是如果从多次挤压（4次以上）后试样的变形均匀性角度分析，在相邻两次挤压过程中将试样绕其轴向按照相同的方向旋转90º（对应于人们常说的挤压路线BC），那么经过N次（N为4的整数倍）挤压后，试样中的变形均匀性最好，因此最容易得到微观结构均匀的超细晶材料。在进行有限元模拟的同时，先后设计两套模具进行了ECAP试验的尝试。虽然模具设计加工存在的问题导致单晶铜挤压试验尚未成功，但仍然能从中得到了一些经验教训，为将来的工作

4、积累宝贵的经验。关键字：等径通道挤压，三维有限元模拟，等效塑性应变，单晶铜I西北工业大学硕士学位论文Thestudyon3-DfiniteelementsimulationandexperimentmethodforECAPABASTRACTAsuntrafine-grained(UFG)materialsshowuniqueproperties,suchashighstrengthandsuperplasticity,aconsiderableinteresthasbeenconcentratedonthesespecialmaterialsoverthepastfewyears,espe

5、ciallyonthemechanicalbehaviorandprocessingtechnologyofmaterials.Equalchannelangularpressing(ECAP)hasbeenthesubjectofconsiderableresearchinrecentyears,becauseitisveryeffectiveinproducingUFGstructuresandcanproduceUFGbilletslargeenoughforvariousstructuralapplications.Inthispaper,athreedimensionalfinit

6、eelement(3D-FEM)modelisusedtosimulatetheprocessofequalchannelangularpressing.Equivalentplasticstrainsarecomparedindifferentfrictionconditions.Itisfoundthatthedeformationvariesalongthreedirections,whichindicatestwodimensionalfiniteelementmodelisunabletoproperlysimulatethedeformationdistributiondurin

7、gECAPprocess.Theinfluenceoffrictiononequivalentplasticstrainandpressureisalsofoundremarkable.Deformationinhomogeneityindexesandthelocationofmaximumequivalentplasticstrainvarywithincreasingfrictioncoefficien