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aa6061铝合金电磁辅助胀形与数值模拟研究

AA6061铝合金电磁辅助胀形与数值模拟研究

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作者：杨帅帅湖南大学

学位级别：硕士

日益严苛的节能减排标准促使轻量化成为汽车行业发展的必然方向,而材料轻量化是其中的重要手段。铝合金由于其良好的性能,正逐步代替传统钢材成为汽车制造领域的关键材料之一,但是在传统室温成形过程中,铝合金板材的成形极限较低,不利... 详细信息

日益严苛的节能减排标准促使轻量化成为汽车行业发展的必然方向,而材料轻量化是其中的重要手段。铝合金由于其良好的性能,正逐步代替传统钢材成为汽车制造领域的关键材料之一,但是在传统室温成形过程中,铝合金板材的成形极限较低,不利于复杂成形件的加工。电磁辅助成形技术可以将传统成形与高速率电磁成形技术的优点相结合,对于成形极限较低、形状较为复杂的成形件有较好的成形效果。目前该工艺尚在工艺实现阶段,在材料本构模型、数值模拟以及工艺实现方面仍需做进一步探索工作。因此,本文以aa6061铝合金板材为研究对象,进行了如下研究:首先,采用复合拉伸的试验方法,实现了不同预应变下不同应变率的拉伸测试,利用非接触式光学测量技术（DIC）,获取了准确的应力-应变关系。基于不同预应变条件下的拉伸试验,建立对应的aa6061铝合金室温Johnson-Cook（J-C）本构模型。通过分析不同预应变条件下的J-C模型中参数关系,建立了含有预应变的改进J-C本构模型。其次,基于LS-DYNA有限元分析软件,进行了包括准静态预成形、回弹以及电磁胀形三个阶段的数值模拟。数值模拟各阶段间采用DYNAIN文件传递初始应力、应变、节点位置等信息,实现了电磁辅助胀形的全流程仿真。在电磁胀形过程采用了两种模型（原本构模型、变本构模型）模拟,其中变本构模型是通过MATLAB用户程序将试件不同预应变区域的单元重新定义为子part的方式构建。最后,通过设计的准静态预成形模具、电磁胀形模具以及成形线圈,实现了电磁辅助胀形工艺试验。试验中,采用DIC三维拍摄系统,以记录电磁胀形的过程。基于试验结果与仿真结果,进行了位移、应变等方面的对比分析,对比结果显示仿真和试验较为吻合,验证了本文所建立的本构模型与仿真模型的准确性。

关键词： aa6061铝合金板材预应变高应变率本构方程电磁辅助成形

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