锻件镦粗变形过程中空洞闭合模拟课题可行性分析

1、锻件镦粗变形过程中空洞闭合模拟课题可行性分析锻件镦粗变形过程中空洞闭合模拟课题可姓名：班级：学号：行性分析1、课题分析木课题以锻件墩粗变形为研宂对象，需要对锻件在空洞闭合过程中的受力情况进行模拟分析，墩粗变形是锻件成形的主要工序之一，墩粗变形中会产生空洞，空洞的自由表面通过相互接触而闭合，分析产生空洞的原因及解决方法，并依据以上锻件镦粗过程屮空洞闭合的锻压理论基础进行模拟，依据中国图书馆图书馆分类法，本课题的学科范畴为：工业技 术>金属学与金属工艺>金属压力加工>锻造、锻压与锻工 >锻造工艺>锻工操作一般方法>

2、锻件缺陷及其防止，分类号 为：tg316.1+92。2、检索工具介绍本次课题分析采用sciencedirect数据库，检索工具为sciencedirect全文数据库。sciencedirect是荷兰elsevier公司的核心产品，是全学科全文数据库。该数据库收录2200多种期刊，10000多种电子图书，1000多万篇全文，24个学科的文献。冃前，可以通过在国外的主服务器(简称sdol数据库) sciencedirect数据库，查找1995年以来的文献。检索系统具有快速检索(quick search)、高级检索(advanced search)、专家检索(expert search)等多种力*式

3、，可以根据需要选择合适的检索力*式进行检索。(1) 快速检索(quick search)可在 4 个检索字段：keyword； author name； title； abstract 中同时作 逻辑“或”检索。还提供按字母顺序(alphabetical list of journals)和学科分 类(category list of journals)种方式进行期刊浏览。(2) 高级检索(advanced search)高级检索(search)界面，按文献类型(journals、books、all sources)提供三种检索界面，每个检索界面设有2个检索输入框，提供12个检索 字段选项，采

4、用布尔逻辑运算符(and，or，not),默认and进行检索。在使用高级检索界面时，请注意检索词的截词控制和位置控制的运用。截词检索：使用通配符n? ”表示中截断或后截断，只替代一个字符；使用表示后截断，替代任意数量的字符。该数据库不可使用前截断。位置控制使用“pre/n”表示前后位置不能颠倒的两个检索词的检索， “w/n”表示前后位置可颠倒的两个检索词的检索。(4)专家检索(expert search)专家检索界面可使用enter boolean search expression(布尔检索表达式)或使用位置算符(ad、near)在所指定的检索字段中进行检索。3、检索策略策略1: 输入检索控

5、制条件：include: journals and all bookssubject: all sciences-1-source: all sourcesdate range: all yearstitle-abstr-key(forging deformat*) and title-abstr-key(pore* clos*)本次共检索到4篇，其中有1篇论文与本课题有关，查准率为25%策略2:输入检索控制条件：include: journalssubject: all sciencessource: all sourcesdate range: all years(forging w/2

6、deformat*) and (pore* pre/2 clos*)本次共检索到25篇，其中冇5篇论文与本课题冇关，查准率为20%比较：两种不同的检索策略准确率不一样，使用所有字段检索的结果会很多，但是不一定检索的准确率很高，但是所有字段检索不容易漏选。4、分析总结通过分析可知，策略1的査准率更高，但检索到的篇数也相对较少,表明检索到的篇数与查准率并不成正相关。挑选与本课题相关文献对课题进行可行性分析。国外镦粗变形空洞闭合研究现状基于细观空穴的初性损伤模型就是以空洞形核、长人以及汇合的研宂方法为手段的。mcclintock开创性地进行了细观空洞模型的理论研究，并根裾无限大体屮含有圆柱形空洞这一

7、特征得到了基体是理想塑性体的解 析解。rice和tracey利用变分原理研究了无限大体中含球形空洞的空洞长 大问题，揭示了体膨胀率和外加应变率的比值是随三轴应力的增大而迅速 增大这一重要关系。oyane考虑了静水压的作用，提出了一个损伤的模型。 gurson在以上工作的基础上，针对空洞体建立了一套比较完备的塑性理论体系，在其研宂中摒弃了无限大基体这一设想，而改用有限火体来代替，从而创造了一个更加接近真实情况的理论模型。后而yamamoto和 a.needleman、tvergaard对gurson模型进行了修正，用來解决一些实际问题。国内镦粗变形空洞闭合研究现状王子亮从塑性材料裂纹出现的内部机

8、理出发，将临界空穴扩张比理论应用于实际镦粗工艺中，解决了镦租工艺中侧表开裂的判定问题。他认为裂纹的形核与扩张是由于不均匀变形而诱发的，为描述镦粗过程中的变形不均，定义了镦粗鼓形系数，通过数值模拟分析，得到了鼓形系数在镦粗过程中与周向应力与轴向-2-应力之间的关系，最终确立了鼓形系数与表征材料应力状态的应力三轴度之间的对应关系。通过建立鼓形系数与应力三轴度之间的对应关系，简化了变形过程屮求解空穴扩张比的过程，使在实际生产过程屮应用临界空穴扩张比理论对镦粗侧表面开裂的判定成为可能。卜.海交通人学的李妍基于细观损伤力学的gurson模型，对人锻件镦粗 过程中空洞的演化规律和影响空洞闭合的因素进行分析

9、，得到材料内部空 洞闭合的力学条件。并通过数值模拟和实验的对比得出：空洞位于锻件心部时闭合最容易，其位置越接近端妞越难于闭合；空洞的闭合程度随基体材料硬化程度的增高而变差。崔振山教授等利用有限元商业软件marc对圆柱体內部空洞热锻闭合过程进行了二维数值模拟，认为温度、变形速度不是影响空洞闭合的主要因素，但高温变形是改善含空洞材料性能的必要条件，空洞的闭合是局部变形问题，影响大锻件内部空洞闭合的主要因素是锻件的高径比、空洞形状、空洞位置和摩擦条件。当锻件高度与直径接近相等时，心部空洞最容易闭合；当高度大于直径时，随着高度增加，心部空洞闭合难度增大；而当高度小于直径时，增大直径也导致空洞闭合难度稍

10、有增加。空洞为椭球形时，纵横半径之比愈大则闭合愈难。空洞位于锻件心部时闭合最容易，其位置愈接近端血愈难于闭合。蒋智和任广升等应用冇限元软件deform对热锻镦粗变形过程中锻坯内部空洞的闭合过程进行了三维数值模拟，研宄了锻坯内不冋位置不冋尺寸的空洞闭合过程及空洞周围应力应变的分布规律，并用内部带有人工生成空洞的聚碳酸酯圆柱体试件进行了光塑性物理模拟。模拟结果表明，位于圆柱体心部的空洞最容易闭合，其位置越接近端血或外表诎闭合越难。任广升等通过塑泥试样的物理模拟与刚塑性有限元的数值模拟，研宄了镦粗过程屮的锻件n部空洞缺陷的变形过程，指出空洞周围存在一个应 力、应变集中区域，空洞尺寸越小，应力集中程度

11、越大，增大摩擦，有利于中心部位空洞的闭合。本课题解决方案通过査阅本课题在国内外的研究进展，在充分掌握锻件墩粗变形过程的有限变形理论及传热学理论的基础上，总结出运用有限元分析软件msc.marc对镦粗的工艺过程进行热力耦合分析，并用计算软件matlab对数值模拟的数裾进行进一步的处理。通过模拟计算，得到锻件镦粗的应力场、应变场、温度场的分布规律；揭示摩擦系数及加工温度对变形及应力的影响规律；对镦粗过程中可能产生的缺陷进行预测，对空洞闭合情况进行模拟。本课题主要研究内容如下： 锻件镦粗过程的应力、应变、温度分布规律。 高径比以及摩擦系数的大小对中心点应力的影响。 热传导对应力场的影响。 运用基于损

12、伤理论的oyane公式对镦粗过程中的空洞闭合情况进行模拟分析。-3-附录：该条检索结果是期刊文献检索工具：sciencedirect全文数据库文献篇名：a criterion for void closure in large ingots during hot forging译：大型铸锭热锻压过程屮空洞闭合的一项准则著者姓名：xiao-xun zhang, zhen-shan cui, wen chen, yan li 著者单位及地址：national die and mold cad engineering researchcenter, shanghai jiao tong univer

13、sity, 1954 huashan road, shanghai 200030,china期刊名称：journal of materials processing technology卷号：vol.209期号：issue 4页码：pages 1950-1959, lopissn: 0924-0136文t商：a quantitative investigation of the mesomechanism of void closurein large ingots during hot forging is undertaken in the present study.译：在本研究屮对大型

14、铸锭在热锻过程屮空洞闭合的细观动力学进行了定量研究。该条检索结果是期刊文献检索工具：sciencedirect全文数据库文献篇名：internal void closure during the forging of large cast ingotsusing a simulation approach.译：大型铸件锻压过程中内部空洞闭合的模拟著者姓名:y.s. leea, s.u. leeb, c.j. van tynec, b.d. jood, y.h. moond <者单位及地址：a dept. of material processing division, kims, cha

15、ngwon, republic ofkorea b technical center, posco special steel co., changwon, republic ofkorea dept. of metallurgical and materials engineering, colorado school ofmines, golden, co 80401, usaschool of mechanical engineering, pusan national university, 30jangjeon-dong, geumjeong-gu, busan 609-735, r

16、epublic of korea期刊名称：journal of materials processing technology 卷号：volume 211期号：issue 6页码:pages 1136-1145issn: 0924-0136文t商：large cast ingots often contain defects or undesirablemicrostructural features, such as voids and zones related to casting.译：大型铸锭经常包含缺陷或不良的微观形貌，比如和铸造相关的空洞。该条检索结果是期刊文献-4-dc检索工具：

17、sciencedirect全文数据库文南犬篇名：strain function analysis method for void closure in the forgingprocess of the large-sized steel ingot译：基于大型钢锭在锻压过程中空洞闭合的应变分析著者姓名：kimchena, b, yitao yanga, guangjie shaoa, kejia liub著者单位及地址：school of materials science and engineering, shanghai university,shanghai 200072, china

18、school of materials science and engineering, shanghai institute oftechnology, shanghai 200235, china期刊名称：computational materials science卷号：volume 51期号：issue 1页码：pages 72-77issn: 0927-0256文摘：a mathematical methodology for analyzing void closure in theforging process of steel ingot with a large size w

19、as proposed from the view ofstrain function.译：从应变函数的角度提出了一种用于分析大型钢锭在锻压过程屮空洞闭合的数学分析方法。该条检索结果是期刊文献检索工具：sciencedirect全文数据库文献篇名：application of hydrostatic integration parameter forfree-forging and rolling译：利用流体力学整合参数用于自由锻造和轧制。著者姓名：morihiko nakasakia, ichiro takasua, hiroshi utsunomiyab著者单位及地址：research a

20、nd development center, sanyo special steel co., ltd., 3007,nakashima, shikama, himeji 672-8677, japandepartment of materials and manufacturing science, graduate school ofengineering, osaka university, 2-1, yamadaoka, suita, osaka 565-0871,japan期刊名称：journal of materials processing technology卷号：volume 177期号：issues 1 - 3页码：pages 521 - 524issn: 0924-0136-5-baba文摘：steel bars and billets may have pores at the center originating fromsolidification shrinkage