外文翻译--基于三维有限元方法的AZ31镁合金等通道弯角挤压的模具结构设计 中文版.doc

本科毕业论文外文文献及译文文献、资料题目：ThediestructuredesignofequalchannelangularextrusionforAZ31magnesiumalloybasedonthree-dimensionalfiniteelementmethod文献、资料来源：MaterialsandDesign文献、资料发表（出版）日期：2009.1.17院（部）：材料科学与工程学院专业：材料成型及控制工程班级：姓名：学号：指导教师：翻译日期：山东建筑大学毕业论文外文文献及译文-1-中文译文：基于三维有限元方法的AZ31镁合金等通道弯角挤压的模具结构设计摘要由于等通道弯角挤压（ECAE）可以使镁合金产生超细晶粒微观结构，所以被广泛研究。ECAE的关键是理解变形状态，应变分布和载荷要求对模具设计的影响。在论文中，下模中设计了带有不同圆心角和带或不带内部倒角的新三维几何模型，其中圆心角取值范围为90度到120度。在使用DEFORM-3D软件时，将一些重要的工艺参数定义为初始条件和边界条件，比如模具和坯料的温度，摩擦系数等。为了确保模拟的收敛性，要考虑几何条件、位移条件和合理的收敛错误限制等。从模拟和实验结果中分析了ECAE的变形不均匀性。比起没有倒角的模具，在外拐角处存在倒角的模具使变形的均匀性得到了改进。累积的最大应变使ECAC模中外拐角的倒角减小、内圆心角增长。所需的挤压力使ECAC模中外圆心角处产生的倒角减小。研究表明，适当大小的外圆倒角和90度的内圆心角可以使ECAC模获得更好的结构。结果表明，预测结果很好的吻合了实验、理论计算和来自其他文献的研究结论。©2009ElsevierLtd.保留所有权。关键词：AZ31镁合金；等通道弯角挤压；有限元；模具圆心角；变形不均匀性1.绪论由于超细晶材料拥有诸如高强度，高延展性的优良机械性能，从而被广泛研究。通过各种技术获得超细晶材料得到了迅速的发展。剧烈塑性变形（SPD）技术，像等通道弯角挤压（ECAE），高压扭转（HPT），循环通道模压缩（CCDC）和累积轧制（ARB）是用相对低的代价在金属材料中产生亚微观晶粒结构的最常见方法。在这些方法中，等通道弯角挤压（ECAE）是获得高强度，高韧性材料的最有效方法之一，它是由Segal提出从而发展过来的。在ECAE中，挤压件在压力作用下通过两个成一定角度的等横截面管道的模具。因为挤压件在挤压过程中横截面保持不变。所以这个过程可以反复进行，从而使累积变形达到理想水平。高应变是可以达到的。有限元方法是了解ECAE过程中变形情况的重要方法之一。许多以有限元方法为基础的分析用来确定材料的变形过程和估计在ECAP过程中的增应变。这些研究工作包括RaghavanS对通道角度和外拐角对摩擦条件的影响的研究1，Kim等人对通道角度和外拐角的影响的研究和SuhJ-Y等人对外拐角对不均匀性的影响的研究2，Kim和Kim对转角差距变形及其影响的研究3，Lang和Shyong对通道角度和山东建筑大学毕业论文外文文献及译文-2-圆心角对材料流动的影响的研究4,LeeSC等人对不同材料模型，圆心角和摩擦系数的广泛研究5,Wei等人对金属不均匀变形的原因的研究6,Son等人对反压力的影响的研究，YoonSC等人对均匀塑性变形的最佳模具设计的研究7。然而，这些研究是在假设了平面应变条件的二维近似下进行的，没有讨论应力，应变的不均匀性。通过二维分析获得的结果只提供了有限的信息，另外产生了不可避免的二维近似的误差。一些研究人员8-10在探索ECAE过程中使用了三维可塑性理论与模拟软件。LuisPérez和Luri11用上限法对三维ECAE中的方形横截面进行了分析，其中将内外半径都考虑了进去并且做了交叉角。Chung等人完成了ECAP的三维模拟分析。12使用商用的有限体积法（FVM）软件对变形过程的每一道次进行等效应力应变分析。在参考论文13中三维有限元法用于分析处于在四百度下的ECAE工艺路线Bc的四个道次下的工业纯钛（CP-Ti）钢坯。但很少有研究人员通过三维仿真技术，探讨AZ31镁合金的变形过程，特别是模具结构对应变分布和挤压质量的影响。许多关于ECAP早期的研究仅仅局限于对软纯金属和固溶体合金的变形过程的研究。而在最近，复杂的合金和一些有限数量的滑移系统的金属的挤压过程被更多的重视，特别是对镁合金。对于这些难变形的材料，ECAE的三个方法可以使其成功变形。当前的研究趋势是从ECAE中处理以获取细晶粒镁合金样本14-20。图1.ECAP模具拐角（）和圆心角（）示意图图1是一个ECAE的示意图。底模中包含两个具有相同截面积的交叉通道，这两个通道以拐角交叉（如图一）。在图中，两个通道交叉的外曲面被定义为角。在这样的背景下，利用极端原则，例如，广泛使用上限法去估计所需冲头的压力和ECAE方法所导致的累积等效应变。基于有限元法（FEM）的数值模拟广泛运用优化了ECAE方法21-25。山东建筑大学毕业论文外文文献及译文-3-ECAE过程中的塑性变形过程主要受模具的几何形状，材料本身和加工条件的影响。模具几何形状对ECAE过程有影响已经通过实验数据和有限元分析得到了证实。有必要为了更好的控制成型过程而从理论上建立ECAE过程模型分析研究各种复杂的因素。这项研究系统的分析了AZ31镁合金在等通道弯角挤压（ECAE）过程中的变形情况，并预测了不同模具结构下ECAE形成纳米结构过程的应变与挤压力。在最近的研究中，提出了一种通过有限元方法模拟ECAE过程的准静态处理方法。这种方法所用的模具含内角90度和120度，并且只有一道次挤压。用UG软件建立了四种ECAE模型并且也用DEFORM-3D软件对这四种模型划分了网格、进行了模拟。数字模拟程序、模具的建模、坯料、边界条件、限制变形模拟的收敛误差和基础公式都相继被提出。已经研究了在ECAP过程中不同的模具几何形状对变形不均匀性的影响。在实验室通过用两个有或没有倒角的ECAE模具做试验证实了模拟的结果。因为显微组织的变化和变形金属的力学性能直接与塑性变形量有关，而对与应变变化有关的现象的理解在ECAE过程中很重要。等效应力应变的分布、模具拐角对不同地方的变形和均匀变形的影响、最大应变都已经详细的研究过。2.材料模型及模拟细节商业化的有限元程序（DEFORM5.0版），被用来对ECAE的一道次进行模拟。2.1一些假设和数值模拟程序在电脑模拟和实验验证中，由3%镁和1%锌构成的AZ31可锻镁合金被用来做坯料。运用商业化的有限元软件（DEFORM-3D）准静态地进行数值模拟。DEFORM-3D是由SFTC公司开发的一款商业软件。它是一套基于工艺模拟系统的有限元系统（FEM），专门设计用于分析各种金属成形过程中的三维流动。它提供了有关于成形过程中材料和温度流动的重要信息。坯料被假定为弹塑性材料。在本文中遵守以下几个假设：（1）容器和模具都是刚体；（2）被挤压的坯料是一个刚塑性材料；（3）被挤压坯料和冲头、容器、模具之间的摩擦因子是常数的。模拟程序如下：（1）在UG软件中通过建立三维CAD模型定义三维几何特征（钢坯，冲头和模具）。几何数据可以被定义为3DIGES或STL文件。（2）设置停止路径，设定步数，选择模拟模式和英制或国际单位。（3）对研究对象（坯料和模具）划分网格。确定研究对象的位置，以挤压件作为参考对象，模具与冲头与挤压件接触。定义材料性能。（4）设定热边界条件。（5）研究物体温度的初始化。（6）生成接触性边界条件，设定模具与坯料、冲头与坯料间的摩擦系数。（7）设定冲头的运动参数（速度与方向）。（8）核对数据，