介观尺度钛合金TC4材料切削响应行为建模与仿真研究.pdf

《介观尺度钛合金TC4材料切削响应行为建模与仿真研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、介观尺度钛合金TC4材料切削响应行为建模与仿真研究张益川2015年12月中图分类号：TG54UDC分类号：621.7介观尺度钛合金TC4材料切削响应行为建模与仿真研究作者姓名张益川学院名称机械与车辆学院指导教师王西彬教授答辩委员会主席周天丰教授申请学位工程硕士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年12月ModelingandSimulationofMesoscaleCuttingResponseBehaviorofTitaniumAlloyTC4CandidateName:ZhangYichuanSchoolorDepartment:SchoolofMechani

2、calEngineeringFacultyMentor:Prof.WangXibinChair,ThesisCommitteeProf.ZhouTianfengDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefense:December,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研

3、究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要随着微小型零件在航空航天、微电子、环境、通信、汽车、生物等诸多领域的广泛应用，使得对介观尺度加工工艺要求愈来愈高，介观尺度加工过程中的现象与机理也随之受到国内外学者的关注。对于介观尺度的研究，重点关注了介观尺度材料测试和介观尺度切削。介观尺度研究并不仅仅是宏观尺度上尺寸的减小，还存在着尺度效应，即材料特征参数特定范围内随着样件尺寸的改变而变化，其原因在于介观尺度上材料微观参数

4、对宏观特性影响显著。在介观尺度切削中，主要表现为材料微观参数对切削特性的作用规律与工艺问题，因此需要有针对性地从微观力学和材料结构方面对其进行仿真分析和试验研究，主要研究内容和创新工作如下：(1)采用标准件和非标准件相结合进行材料测试试验，包括准静态拉伸试验，动态霍普金森压杆试验，霍普金森压杆剪切试验等。采用相应的热处理工艺改变样件晶粒尺寸大小，并进行拉伸试验，最终确定本构关系中各个参数的值。针对钛合金TC4，建立了适用于介观尺度的材料本构模型。(2)基于弹塑性力学理论和位错动力学，对经典的Johnson-Cook(JC)本构模型进行修正，引入位错塞积模型并在本构中考虑了晶粒尺寸等微观参

5、数，建立能够体现尺度效应的介观尺度材料响应行为本构模型。(3)对ABAQUS有限元软件的本构模型进行二次开发，根据上述建立的本构关系，基于材料力学中弹塑性理论，完成VUMAT子程序的开发，并将子程序应用到ABAUQS中进行正确性的验证。(4)为了验证建立的介观尺度本构模型的正确性和合理性，采用硬质合金刀具对钛合金TC4进行正交切削试验，同时进行切削仿真分析，并将仿真结果与试验结果进行对比，完成仿真模型的验证工作。基于材料介观尺度测试试验，建立并修正了适用于介观尺度的材料本构模型，通过介观尺度材料测试试验和微切削试验的仿真分析，发现修正的JC模型与试验结果吻合较好。关键词：钛合金TC4；介

6、观尺度；本构模型；测试试验；切削试验；有限元仿真I北京理工大学硕士学位论文AbstractWiththewidelyapplicationofmicropartsintheaerospace,micro-electronics,environment,communications,automotive,biotechnologyandmanyotherfields,higherdemandshavebeenmadetowardmesoscopicprocessing,whichattractsmoreattentionfromresearchersworldwidetothestudyo

7、fthephenomenaandmechanismsofmesoscopicscalecuttingprocess.Thestudyismainlyfocusedonmesoscopicscalematerialtestingandmesoscopicscalecutting.Manyaspectshavetobetakenintoconsiderationwhenitcomestomesoscopicscalestudy,such