減振板拉深成形機(jī)理研究及其成形缺陷的預(yù)測(cè)與控制

系統(tǒng)研究具有減振、降噪特性的復(fù)合減振鋼板(Sandwich Sheet Metal)拉深成形過程三層材料(兩側(cè)為金屬板，中間為非金屬連接材料)的變形機(jī)制和各種缺陷的演化機(jī)理，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果研究建立適用于減振鋼板拉深成形過程的界面連接與接觸模型、起皺分離模型、成形極限圖和回彈預(yù)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)減振鋼板成形過程的數(shù)值模擬。通過與試驗(yàn)結(jié)果比較和改進(jìn)，使提出的計(jì)算模型可準(zhǔn)確模擬減振鋼板拉深等沖壓成形工藝。利用基于物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的靈敏度分析方法，揭示材料性能和關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)減振鋼板成形質(zhì)量的影響規(guī)律,并建立缺陷控制的方法。研究成果將對(duì)控制減振鋼板的沖壓成形質(zhì)量，進(jìn)一步擴(kuò)大減振鋼板在制造業(yè)的應(yīng)用范圍，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

鎂鋁復(fù)合板兼具鎂合金輕質(zhì)和鋁合金耐蝕的性能優(yōu)勢(shì)，通過沖壓成形制造出各種薄壁制件，在航空、航天、汽車及電子工業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。但作為一種新型板材，其塑性成形理論尚未建立。本項(xiàng)目在前期成功制備鎂鋁復(fù)合板的基礎(chǔ)上，運(yùn)用金屬薄板成形實(shí)驗(yàn)方法，研究?jī)煞N典型層界面結(jié)構(gòu)的鎂鋁復(fù)合板的拉深成形行為，結(jié)合微觀組織結(jié)構(gòu)分析和力學(xué)性能測(cè)試，研究鎂鋁復(fù)合板在拉深變形過程中各組元板及層界面的結(jié)構(gòu)和性能變化規(guī)律，揭示各組元板塑性變形和層界面變形協(xié)調(diào)的微觀機(jī)制（包括各組元板塑性變形過程中所開動(dòng)的位錯(cuò)滑移系統(tǒng)和鎂合金板的孿生系統(tǒng)及其與層界面金屬間化合物相的交互作用，以及它們?cè)趯咏缑嫣幍南嗷f(xié)調(diào)機(jī)制），闡明鎂鋁復(fù)合板拉深成形性能、成形質(zhì)量與成形條件間的關(guān)系，為鎂鋁復(fù)合板拉深成形同時(shí)也為設(shè)計(jì)和制備適合拉深成形的鎂鋁復(fù)合板提供理論及實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

研究薄壁管材內(nèi)外壓復(fù)合成形新方法及其成形機(jī)理。內(nèi)高壓成形時(shí)管材外壁為自由表面，沿環(huán)向受拉應(yīng)力，易產(chǎn)生環(huán)向開裂。內(nèi)外壓復(fù)合成形是在管材外側(cè)，即背向施加可控液壓，構(gòu)成管材外壁的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，可避免或延緩大截面差或低塑性材料管件脹形時(shí)開裂，因而提高管材的成形性。主要研究?jī)?nèi)容：1 管材內(nèi)外壓成形時(shí)的失穩(wěn)行為和缺陷形成機(jī)制；2 管材內(nèi)外壓成形時(shí)應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)與塑性變形規(guī)律；3 管材內(nèi)外壓成形時(shí)內(nèi)壓與外壓關(guān)系對(duì)成形性的影響規(guī)律。通過該項(xiàng)目研究，揭示外壓對(duì)管材成形性影響規(guī)律，建立管材內(nèi)外壓復(fù)合成形理論，為大截面差與低塑性材料管件內(nèi)高壓成形提供一種現(xiàn)實(shí)的方法，開辟薄壁管材液壓成形新途徑。

先進(jìn)高強(qiáng)鋼板小圓角拉彎成形開裂問題突出，導(dǎo)致車身安全構(gòu)件成形質(zhì)量下降、制造成本上升。小圓角拉彎成形中板材受到面外彎矩與非均勻厚向應(yīng)力作用，造成面內(nèi)外加載耦合、分層硬化顯著，使得成形頸縮失效行為表現(xiàn)出強(qiáng)烈的彎曲效應(yīng)。傳統(tǒng)成形極限理論基于面內(nèi)拉伸變形與厚向均勻硬化假設(shè)，無法準(zhǔn)確描述頸縮失效的彎曲效應(yīng)。本項(xiàng)目擬引入面外彎曲與面內(nèi)拉伸變形的耦合作用以及沿板材厚度方向的非均勻硬化特性描述，建立彎曲效應(yīng)下板材成形頸縮失效分析新方法，揭示先進(jìn)高強(qiáng)鋼板成形頸縮失效彎曲效應(yīng)問題的機(jī)理，擴(kuò)展基于面內(nèi)變形模式的傳統(tǒng)成形極限理論。建立適用于高強(qiáng)鋼板小圓角拉彎成形的頸縮失效判據(jù)，提出基于頂層極限應(yīng)變的拉彎成形極限圖（BFLD），能精確計(jì)算沿板厚方向頂層、中性層和底層材料的極限應(yīng)變，提高先進(jìn)高強(qiáng)鋼構(gòu)件成形失效的預(yù)測(cè)精度。設(shè)計(jì)并建立符合典型小圓角拉彎加載條件的拉彎成形極限實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，為理論預(yù)測(cè)和工程應(yīng)用提供準(zhǔn)確依據(jù)。