外文翻译-一种特殊的预防电压波动的保护方案及外文文献翻译-az31镁合金在高温下的吹塑成型

原文:ASPECIALPROTECTIONSCHEMEFORVOLTAGESTABILITYPREVENTIONTaraAlzahawiStudentMember,IEEEMohindarS.SachdevLifeFellow,IEEEG.RamakrishnaMember,IEEEPowerSystemResearchGroupUniversityofSaskatchewanSaskatoon,SKS7N5A9,CanadaAbstractVoltageinstabilityiscloselyrelatedtothemaximumload-abilityofatransmissionnetwork.Theenergyflowsonthetransmissionsystemdependonthenetworktopology,generationandloads,andontheavailabilityofsourcesthatcangeneratereactivepower.OneofthemethodsusedforthispurposeistheVoltageInstabilityPredictor(VIP).Thisrelaymeasuresvoltagesatasubstationbusandcurrentsinthecircuitconnectedtothebus.Fromthesemeasurements,itestimatestheThévenin’sequivalentofthenetworkfeedingthesubstationandtheimpedanceoftheloadbeingsuppliedfromthesubstation.ThispaperdescribesanextensiontotheVIPtechniqueinwhichmeasurementsfromadjoiningsystembusesandanticipatedchangeofloadaretakenintoconsiderationaswell.Keywords:Maximumloadability;Voltageinstability;VIPalgorithm.IntroductionDeregulationhasforcedelectricutilitiestomakebetteruseoftheavailabletransmissionfacilitiesoftheirpowersystem.Thishasresultedinincreasedpowertransfers,reducedtransmissionmarginsanddiminishedvoltagesecuritymargins.Tooperateapowersystemwithanadequatesecuritymargin,itisessentialtoestimatethemaximumpermissibleloadingofthesystemusinginformationaboutthecurrentoperationpoint.Themaximumloadingofasystemisnotafixedquantitybutdependsonvariousfactors,suchasnetworktopology,availabilityofreactivepowerreservesandtheirlocationetc.Determiningthemaximumpermissibleloading,withinthevoltagestabilitylimit,hasbecomeaveryimportantissueinpowersystemoperationandplanningstudies.TheconventionalP-VorV-Qcurvesareusuallyusedasatoolforassessingvoltagestabilityandhenceforfindingthemaximumloadingatthevergeofvoltagecollapse[1].Thesecurvesaregeneratedbyrunningalargenumberofloadflowcasesusing,conventionalmethods.Whilesuchprocedurescanbeautomated,theyaretime-consuminganddonotreadilyprovideinformationusefulingaininginsightintothecauseofstabilityproblems[2].Toovercometheabovedisadvantagesseveraltechniqueshavebeenproposedintheliterature,suchasbifuricationtheory[3],energymethod[4],eigenvaluemethod[5],multipleloadflowsolutionsmethod[6]etc.Reference[7]proposedasimplemethod,whichdoesnotrequireoff-linesimulationandtraining.TheVoltageIndicatorPredictor(VIP)methodin[7]isbasedonlocalmeasurements(voltageandcurrent)andproducesanestimateofthestrength/weaknessofthetransmissionsystemconnectedtothebus,andcomparesitwiththelocaldemand.Thecloserthelocaldemandistotheestimatedtransmissioncapacity,themoreimminentisthevoltageinstability.ThemaindisadvantageofthismethodisintheestimationoftheThévenin’sequivalent,whichisobtainedfromtwomeasurementsatdifferenttimes.Foramoreexactestimation,onerequirestwodifferentloadmeasurements.ThispaperproposesanalgorithmtoimprovetherobustnessoftheVIPalgorithmbyincludingadditionalmeasurementsfromsurroundingloadbusesandalsotakingintoconsiderationlocalloadchangesatneighboringbuses.ProposedMethodologyTheVIPalgorithmproposedinthispaperusesvoltageandcurrentmeasurementsontheloadbusesandassumesthattheimpedanceofinterconnectinglines(,)areknown,asshownin(Figure1).ThecurrentflowingfromthegeneratorbustotheloadbusisusedtoestimateThévenin’sequivalentforthesysteminthatdirection.Similarlythecurrentflowingfromotherloadbus(Figure2)isusedtoestimateThévenin’sequivalentfromotherdirection.Thisresultsinfollowingequations(Figure3).Notethatthecurrentcomingfromthesecondloadbusoverthetransmissionlinewaskeptoutofestimationinoriginal(VIP)algorithm.[1][2][3][4]WhereandarecurrentscomingfromThéveninbusesno.1and2.Equation(1)-(4)canbecombinedintoamatrixform:*[5]Usingthefirst2rowsinthesystemEquations(1)-(4),thevoltageonbusesnumber1and2canbefoundasshowninEquation(6)below.FromEquation(6)wecanseethatthevoltageisafunctionofimpedances.NotethatthemethodassumesthatallThévenin’sparametersareconstantatthetimeofestimation.[6]Where,andThesystemequivalentseenfrombusno.1isshowninFigure3.Figure4(a)showstherelationshipbetweenloadadmittances(and)andvoltageatbusno.1.Powerdeliveredtobusno.1is()anditisafunctionof(,).[7]Equation7isplottedinfigure4(b)asa‘landscape’andthemaximumloadingpointdependsonwherethesystemtrajectory‘goesoverthehill’.Fig.1.3-BussystemconnectionsFig.2.1-BusmodelFig.3.SystemequivalentasseenbytheproposedVIPrelayonbus#1(2-busmodel)(a)VoltageProfile(b)PowerProfileFig.4.Voltageandpowerprofilesforbus#12.1.On-LineTrackingofThévenin’sParametersThévenin’sparametersarethemainfactorsthatdecidethemaximumloadingoftheloadbusandhencewecandetectthevoltagecollapse.InFigure3,canbeexpressedbythefollowingequation:[8]VandIaredirectlyavailablefrommeasurementsatthelocalbus.Equation(8)canbeexpressedinthematrixformasshownbelow.[9]B=AX[10]Theunknownparameterscanbeestimatedfromthefollowingequation:[11]Notethatalloftheabovequantitiesarefunctionsoftimeandarecalculatedonaslidingwindowofdiscretedatasamplesoffinite,preferablyshortlength.Thereareadditionalrequirementstomaketheestimationfeasible:•TheremustbeasignificantchangeinloadimpedanceinthedatawindowofatleasttwosetofMeasurements.•ForsmallchangesinThévenin’sparameterswithinaparticulardatawindow,thealgorithmcanestimateproperlybutifasuddenlargechangeoccursthentheprocessofestimationispostponeduntilthenextdatawindowcomesin.•Themonitoringdevicebasedontheaboveprinciplecanbeusedtoimposealimitontheloadingateachbus,andshedsloadwhenthelimitisexceeded.Itcanalsobeusedtoenhanceexistingvoltagecontrollers.Coordinatedcontrolcanalsobeobtainedifcommunicationisavailable.Oncewehavethetimesequenceofvoltageandcurrentwecanestimateunknownsbyusingparameterestimationalgorithms,suchasKalmanFilteringapproachdescribed[6].stabilitymargin(VSM)duetoimpedancescanbeexpressedas();wheresubscriptzdenotestheimpedance.Thereforewehave:[12]Theaboveequationassumesthatbothloadimpedances(,)aredecreasingatasteadyrate,sothepowerdeliveredtobus1willincreaseaccordingtoEquation(7).Howeveronceitreachesthepointofcollapsepowerstartstodecreaseagain.Nowassumethatbothloadsarefunctionsoftime.ThemaximumcriticalloadingpointisthengivenbyEquation(13):[13]Expressingvoltagestabilitymarginduetoloadapparentpoweras(),wehave:[14]Notethatbothandarenormalizedquantitiesandtheirvaluesdecreaseastheloadincreases.Atthevoltagecollapsepoint,boththemarginsreducetozeroandthecorrespondingloadisconsideredasthemaximumpermissibleloading.Fig.5.VIPalgorithm2.2.VoltageStabilityMarginsandtheMaximumPermissibleLoadingSystemreachesthemaximumloadpointwhenthecondition:issatisfied(Figure5).ThereforethevoltagestabilityboundarycanbedefinedbyacirclewitharadiusoftheThévenin’simpedance.Fornormaloperationtheissmallerthan(i.e.itisoutsidethecircle)andthesystemoperatesontheupperpart(orthestableregion)ofaconventionalP-Vcurve[2].However,whenexceedsthesystemoperatesonthelowerpart(orunstableregion)oftheP-Vcurve,indicatingthatvoltagecollapsehasalreadyoccurred.Atthemaximumpowerpoint,theloadimpedancebecomessameastheThévenin’s().Therefore,foragivenloadimpedance(),thedifferencebetweenandcanbeconsideredasasafetymargin.HencethevoltageasgiveninanIEEEsurvey,whichdescribed(111)schemesfrom(17)differentcountries[8].Fig.6.Loadactionstopreventfromvoltageinstability2.3.AdvantagesoftheproposedVIPalgorithmByincorporatingthemeasurementsfromotherloadbuses(Figure3),theproposedVIPalgorithmachievesamoreaccuratevalueof.Theon-linetrackingofisusedtotracksystemchanges.TheproposedimprovementsintheVIPalgorithmwillresultinbettercontrolactionforpowersystemvoltagestabilityenhancement.Thecontrolmeasuresarenormallyshuntreactordisconnection,shuntcapacitorconnection,shuntVARcompensationbymeansofSVC’sandsynchrounscondensers,startingofgasturbines,lowpriorityloaddisconnection,andsheddingoflow-priorityload[8].Figure6showsthemostcommonlyusedremedialactions.ConclusionsAnimprovedVoltageInstabilityPredictor(VIP)algorithmforimprovingthevoltagestabilityisproposedinthispaper.ThepreviousVIPmethod[7]usedmeasurementsonlyfromthebuswheretherelayisconnected.Thenewmethodusesmeasurementsfromotherloadbusesaswell.Thevoltageinstabilitymarginnotonlydependsonthepresentstateofthesystembutalsoonfuturechanges.Therefore,theproposedalgorithmusesanon-linetrackingThévenin’sequivalentfortrackingthesystemtrajectory.Thealgorithmissimpleandeasytoimplementinanumericalrelay.TheinformationobtainedbytherelaycanbeusedforloadsheddingactivationatthebusorVARcompensation.Inaddition,thesignalmaybetransmittedtothecontrolcentre,wherecoordinatedsystem-widecontrolactioncanbeundertaken.ThealgorithmiscurrentlybeinginvestigatedonanIEEE30bussystemandresultsusingtheimprovedVIPalgorithmwillbereportedinafuturepublication.References[1]M.H.Haque,“Onlinemonitoringofmaximumpermissibleloadingofapowersystemwithinvoltagestabilitylimits”,IEEproc.Gener.Transms.Distrib.,Vol.150,No.1,PP.107-112,January,2003[2]V.Balamourougan,T.S.SidhuandM.S.Sachdev,“Techniqueforonlinepredictionofvoltagecollapse”,IEEProc.Gener.Transm.Distrib.,Vol.151,No.4,PP.453-460,July,2004[3]C.A.Anizares,“Onbifurcationsvoltagecollapseandloadmodeling“IEEETrans.PowerSystem,Vol.10,No.1,PP.512-522,February,1995[4]T.JOverbyeandS.JDemarco,“ImprovedTechniqueforPowerSystemvoltagestabilityassessmentusingenergymethods“,IEEETrans.PowerSyst.,Vol.6,No.4,PP.1446-1452,November,1991[5]P.ASmedLoof.T.Andersson,G.HillandD.J,”Fastcalculationofvoltagestabilityindex”,IEEETrans.PowerSyst.Vol.7,No.1,PP.54-64,February,1992[6]K.Ohtsuka,”Anequivalentofmulti-machinepowersystemanditsidentificationforon-lineapplicationtodecentralizedstabilizers”,IEEETrans.PowerSyst.,Vol.4No.2,PP.687-693,May,1989[7]KhoiVu,MiroslavMBegovic,DamirNovosel,MurariMohanSaha,“UseoflocalMeasurementstoestimatevoltage–stabilitymargin“IEEETrans.Powersyst.Vol.14,No.3,PP.1029-1035,August,1999[8]G.VerbicandF.Gubina“Fastvoltage-collapselineprotectionalgorithmbasedonlocalphasors”,IEEProc.Gener.Transm.Distrib.,Vol.150,No.4,PP.482-486,July,2003译文：一种特殊的预防电压波动的保护方案塔拉阿里扎哈维学生会员,IEEE摩亨达瑞S.萨凯戴维院士,IEEEG.罗摩克里希纳会员,IEEE（IEEE:美国电气和电子工程师协会）萨斯喀彻温省萨斯卡通大学的电力系统研究小组,SKS7N5A9,加拿大摘要电压的波动与输电线路的最大负载能力密切相关。输电系统中电能的传输依赖于输电线路的拓扑结构,发电和负载,以及无功电源的出处。一种用于分析电压波动的方法是电压波动的预测(VIP)。由继电器测量变电所连接到线路上的电路的电流和电压。根据测量结果,借助戴维南定理估算出输送到变电所线路和从变电所提供的负载的阻抗。本文描述了一个测量相邻系统母线并考虑到的负荷预期变化的扩展的VIP技术。关键词:最大负载能力;电压波动;VIP算法。1.简介宽松的政策迫使发电企业要更好地利用电力系统中的输电。这导致了输电量的增加,降低了输电利润和减小了电压安全裕度。操作一个有足够安全裕度的电力系统,在系统的使用信息中估算当前操作点的最大允许负载是必要的。一个电力系统的最大负载不是一个固定的值而是取决于各种各样的因素,比如输电线路的拓扑、无功电源的出处和他们的位置等等。决定最大允许负载,在电压稳定极限内,在电力系统运行和规划研究中已成为一个非常重要的问题。常见的P-V或V-Q曲线通常当作一个评估电压稳定的依据,进而为在电力系统电压崩溃端寻找最大负载提供依据[1]。这些曲线常规的方法是在大量负载流运行使用的情况下产生的。虽然这样的过程已经可以自动化,但它们是耗时的,在发现稳定性问题的起因时不易提供一些有用的信息[2]。为了克服上述缺点的多个方法已经在文献上提到,比如分叉理论[3],能量法[4]、本征值法[5],多个负载流解法[6]等。参考[7]提出了一个简单的方法,它不需要离线的模拟和训练。电压指标预测方法(VIP)[7]是在本地测量值(电压和电流)的基础上,产生一个连接到母线上估算优点和缺点的输电系统,并将它与当地的需求对比。估算出最接近本地需求的输电量,更为紧迫的是电压波动。该方法的主要缺点是在戴维南定理的估算,它在不同时刻获得两个测量值。对于一个更精确的估值,一般需要两个不同的负荷测量值。本文提出了一种提高稳定性算法的算法,包括周围负载母线的额外的测量值外也考虑到相邻总线之间局部的负载变化。2.提出的方法VIP算法在本文中提到在负载母线和互连线(,)的假设阻抗在已知的情况下使用电压和电流测量,如下所示(图1)。发电机负载母线的电流被用来估计戴维南等效的输电方向。类似于用从其他负载母线(图2)的电流来估计戴维南等效的其他方向。这个结果在以下方程式(图3)。注意在输电线路上来自第二负载母线的电流被排除在最初的估算(VIP)算法。[1][2][3][4]由戴维南定理得来自第一和第二母线的电流和。方程(1)-(4)可以组合为一个矩阵形式:*[5]使用第一行系统方程(1)-(4)中的2,在母线1和2上的电压可以发现如以下方程式(6)所示。从方程式(6)中我们可以看到,电压是一个阻抗的函数。请注意这个方法是假定所有戴维南的参数是常数时的估算。[6]在和中系统等效理解为母线1如图3所示。图4(a)显示了负载通道(y1和y2)和母线1电压之间的关系。电力输送到母线1是(),它是一个(,).的函数。[7]方程式7如图4(b)“形象化”绘制并且最大负载点取决于系统轨迹”超过顶点”。图1.3母线系统连接图2.1母线模型图3.系统等效为被提议的VIP转接到母线#1(母线#2模型)(a)电压分布图(b)功率分布图图4.母线#1的电压和功率分布图2.1.即时跟踪戴维南的参数戴维南的参数是决定负载母线最大负载的的主要因素,因此我们可以检测输电系统电压崩溃。在图3，可以用以下的方程式表示:[8]电压和电流可以从测量本地母线直接得到。方程式(8)可以用矩阵形式表达,如下所示。[9]B=AX[10]未知参数可以从以下方程式的估算:[11]注意,上述所有数量的计算是函数的时间和在滑动窗口的有限的离散数据样本之内计算,最好长度是短的。在额外的需求下做出可行的估算:•必须有一个显著的变化，负载阻抗数据窗口至少两组测量值。•对于戴维南参数在一个特殊的数据窗口小的变化,该算法可以正确地估算除一个突然大的变化以外，估算的过程推迟到下一个数据窗口的到来。•这种监视装置基于上述原理可以用来强加限制装载在每个母线,和流负载超过限制时。它也可以用来加强现有的电压控制器。协调控制同样可以得到在交流是否空闲的情况下。一旦我们有了时间序列的电压和电流，我们可以通过使用参数估算算法估算未知参数,如卡尔曼滤波方法描述[6]。稳定裕度()由于阻抗可以表示为（）;在下标z表示阻抗。因此我们有:[12]上述方程式假设两个负载阻抗(,)是在一个稳定的速度下减少,所以电力送到母线1将根据方程(7)增加。然而一旦它达到饱和点的时候电力再一次开始减少。现在,假设两个负载是时间的函数。最大的临界负载点方程式(13)给出:[13]电压稳定裕度表示由于负载视在功率为(),我们有:[14]注意,和两个都是标准化的定量和随着负载的增加它们的价值减少。在电力系统电压崩溃点,同时两个裕度减少到零和相应的负载被视为最大允许负载。图5.VIP算法2.2.电压稳定裕度和最大允许加载系统达到最大负载点当满足条件:(图5)。所以,电压稳定裕度可以定义为一个戴维南阻抗为半径的圆。正常操作的是小于(即它是圆外面)和系统对上部(或稳定的地区)的一个常见的P-V曲线起作用[2]。然而,当超过系统运行在较低的部分(或波动的地区)的P-V曲线,表明电力系统电压崩溃已经发生。在最大功率点,负载阻抗等同于戴维南()。因此,对于一个给定的负载阻抗()，和之间的差异可以被视为一种安全裕度。因此,给IEEE一份描述(111)计划从(17)不同的国家[8]的电压调查。图6.负载的行为阻止电压不稳定2.3.提议的VIP算法的优点通过整合其他负载母线(图3)的测量值,这个VIP算法达到更精确的估算。即时地跟踪是用来跟踪系统的变化。提议的改进的VIP算法对输电系统电压稳定性增强有了更好的控制作用。控制措施通常并联电抗器用来断开,并联电容器连接,分流器VAR通过SVC补偿和同步冷凝器,燃气涡轮机的开始,低优先级负载断开和低优先级负载的脱落[8]。图6显示了最常用的补救措施。3.结论本文提出一种为提高电压稳定性而改进的电压波动预测(VIP)算法。前面的VIP方法[7]只使用继电器连接的母线的测量值。新方法很好地使用其他负载母线的测量值。电压波动裕度不仅取决于当前的输电系统状态还取决于将来的变化。因此,该算法对跟踪输电系统的轨迹使用了一个即时跟踪的戴维南等效。该算法简易地实现了一个数字继电器。通过继电器得到的信息可以用于在母线减载激活或无功补偿。此外,信号可能传输到控制中心,协调整个输电系统承担的控制作用。该算法是现在正在IEEE母线30输电系统被研究而且使用改进的VIP算法的研究结果将被刊登在最近的出版物上。参考文献[1]M.H.Haque,“一个电力系统在电压稳定极限下在线监测最大允许负载”,IEEproc.Gener.Transms.Distrib。,Vol.150,No.1,第112-107页,2003年1月[2]V.Balamourougan,T.S.Sidhu和M.S.Sachdev,“在线预测电压崩溃技术”,IEEProc.Gener.Transm.Distrib。,Vol.151,No.4,第460-453页,2004年7月[3]C.A.Anizares,”分支电压崩溃和负荷建模”IEEE反式。输电系统》杂志,Vol.10,No.1,第522-512页,1995年2月[4]T.JOverbye和S.JDemarco,“用于输电系统电压稳定评估使用能量法的改进技术,IEEE翻译.输电系统。》Vol.6,No.4,第1446-1452页,1991年11月[5]P.ASmedLoof.T.Andersson,G.HillandD.J,“电压稳定指标的快速估算”,IEEE翻译.输电系统。Vol.7,No.1,第54-64页,1992年2月[6]K.Ohtsuka”,一个类似于多机输电系统及其为联机应用识别来分散稳定,IEEE翻译.输电系统。Vol.4No.2,第693-687页,1989年5月[7]KhoiVu,MiroslavMBegovic,DamirNovosel,MurariMohanSaha,“使用本地测量值估算电压稳定裕度“IEEE翻译.输电系统。Vol.14,No.3,第1035-1029页,1999年8月[8]G.Verbic和F.Gubina“基于本地相量的电压崩溃线路保护快速算法”,IEEProc.Gener.Transm.Distrib。Vol.150,No.4,第486-482页,2003年7月毕业设计（论文）的外文文献翻译原始资料的题目/来源：BlowformingofAZ31magnesiumalloysatelevatedtemperatures/ORIGINALRESEARCH翻译后的中文题目：AZ31镁合金在高温下的吹塑成型院（系）材料科学与工程学院专业材料成型及控制工程中文翻译AZ31镁合金在高温下的吹塑成型1.摘要：本文研究和报道了关于AZ31B镁合金商业片在高温下的成形行为。实验分两个阶段进行。第一阶段是分析自由胀形实验，第二阶段是分析板材填充封闭模具的能力。施加不同的压力和温度，用标本圆拱高度表征参数，在相同时实验中，使用分析的方法来计算应变速率敏感指数。因此适当的成形参数如温度和压力，对于随后的成形实验是有用处的。第二阶段中，在带有棱形空腔的密闭模具中进行成形实验。同时分析了相关的过程参数对成形结果中壁厚填充、最终样品上圆角半径及分布的影响。闭模成形实验证明：如果工艺参数选择适当，所研究的商业镁板可成形复杂的几何形状。2.关键词：吹塑成形、材料特性、AZ31镁合金3.简介在众多结构材料中，镁合金以其低比重得到了行业厂家越来越多个兴趣，镁合金在具有最低的密度，在轻量化上也有很高的潜力，尤其是在移动正在使用运动部件的领域。在这些应用中，越来越多地为轻质合金材料，尤其是传统的成形方法无法快速有效的成形镁合金等合金，使得超塑性成形（SPF）成为一种有吸引力的成形方法。事实上，具有极其复杂形状的轻量化部件可以由具有超塑性的单层板通过超塑性成形制造。轻金属合金如铝、钛和镁，有些难以在传统的成形条件下成形，吹塑成形（BF）的应用随之越来越多。吹塑过程主要是将坯料放入模具型腔中，并在其上施加成形气体（如空气、氩气）。相比基于成形操作的流体，在高温成形的区域，气体的耐热性为实现更高的温度提供了可能[1]。该气体可完全替代传统冲压工序中的驱动冲头，并且允许具有高细节层次的不同种类材料的变形。在过去，吹塑成型的理念主要应用在传统的玻璃吹制上，它的主要原理是在材料温度高于其软化点后成形。目前，BF的原理已被广泛应用到塑料的制造上。这个过程进行的金属板料成形相比传统的成形方法潜力是显著的。它有如下优点：（i）在具有高细节层次的单一操作中成形大而形状复杂的组件；（ii）他们用近似网状的制造方法大大减少了后续的成本和在装配操作上花费的时间；（iii）无需人力损耗；（iv）成品有更高的尺寸精度；（v）回弹对成形部分影响小。然而，金属的超塑性吹塑成形并没有在工业上得到广泛的应用，因为其原材料和生产过程成本较高，这使得它的竞争力要比其他的传统技术弱。为了克服这些缺点，高应变速率超塑性和其他技术比如快速塑料成形应用而生，并且为实现大批量生产一直在改进。成功实施QPF技术需要一个远离小批量假设的转换，这种假设与之前应用在航空航天和利基汽车产品的BF技术是相关联的。另一方面，原材料的准备更加苛刻：控制极小平均晶粒尺寸的显微结构也是有要求的[2,3]。在这项工作中，分析了在高温下通过BF技术的装置一块商业镁板的成形行为。所使用的刚发包括两个方面：（i）通过胀形测试得出的第一相表征；（ii）第二阶段在封闭模具中成形过程的分析。该工作主要目标是结合BF技术分析镁合金在工业生产过程中的应用潜力。这些合金已经显示出在高温下具有超塑性[4,7]。最终目标是看这种成形技术对商业开发的影响，一旦工艺参数的优化有了显著的成果，首先可是实现循环时间的减少。4.实验装置：在实验室规模的设备上已经进行了材料特性和封闭模具成形测试，这个设备嵌在INSTRON万能材料试验机的圆筒形裂解炉中。设备包括：（i）一个压边器，（ii）具有多个不同型腔的凹模，来满足不同的成形条件，（iii）连通氩气缸的供应气体的气动回路，在靠近成形腔室应有成比例电磁阀和钢管，在低温地方有灵活的聚氨酯管，（iv）具有电子控制器的电炉，为补偿热扩散，需在上部、中部、下部设置三种不同的温度，（v）监测板材和工具热条件的热电偶，（vi）一个传感器用于测量在胀形试验期试样的圆顶高度（vii）采集I/O设备上温度，压力，压边力数据的PC机，可以用来监控和管理。对于材料特性，胀形试验在一个直径为45mm的圆筒形模腔中进行，板材在其中可以自由扩散。在整个实验过程中通过数字采集的位置传感器信号检测试样的圆拱高度。设备上的更多详情可见参考文献[8]。在闭模成形试验中，使用的是具有14mm深棱柱空腔的模具。该空腔截面为方形，边长为40mm，两侧之间的圆角半径为5mm。设备示意图如图1。图1封闭模具成形试验的试验装置5.材料特性商业AZ31B镁合金板材在收获状态中已经得到测试。该材料未经机械和热处理；板材在退火条件下已被压紧，平均晶粒尺寸为15±3μm，厚度0.75mm。关于材料的超塑性特性，拉伸试验通常是在不同的温度和应变速率条件下进行，目的是为了得到材料具有最高断裂伸长率的最佳条件。这个可以通过拉伸试验测量断裂伸长率和跳应变速率实验测量应变速率敏感性指数得到[9]。一些学者证明：当晶界滑移（GBS）为主要变形机制时，应力和应变条件对材料特性影响不大[10]。其他学者也证明了单轴拉伸应力和应变条件不能有效地获得材料的参数，因为成型过程中板材存在这样一个现象，与模具相互作用，然后再经过一定的应力应变条件，结果完全不同。此外，镁合金具有晶粒粗大的趋势，并且一些例子证明GBS不能作为主要的变形机制[11]。同时，在超塑性条件下进行单轴拉伸试验必须合理设计实验装置和试样几何形状。一些标准的存在，如ISO20032和ASTME2448给试验步骤和设备以很好的指示。在超塑性条件下，拉伸试验的显著优势是在试验过程中，有可能可以是更加精确的控制应变速率，但是另一方面，可以说：—试样的切割精度必须非常高，因为切割技术也会影响试验结果；机械切割流程必须优先热切割，因为后者会改变靠近切割边缘材料的显微结构；—试样尺寸和形状（标准长度和宽度，平行和夹紧部分的圆角半径）会影响实验结果；—炉子必须足够大来容纳变形过程中的大应变为了克服这些困难和在应力条件下更接近真实过程的测试板材，取代单轴拉伸的一些试验已经有了提议和报道；这些中有一个是基于BF技术来进行胀形试验[12-14]。在这项工作中，材料通过吹塑成型试验表征：使用上述实验设备，在不同的温度和压力条件下进行恒压胀形试验。根据材料特性和设备能力，试验中，压力从0.2MPa到0.8MPa（分七步），温度从360℃到520℃（分四步）。在整个过程中，压力保持恒定直到破裂。试验中，如果与预期时间有3000s的出入则被排除在计划之外。整个试验期间，每个阶段的圆拱高度使用之前的位置传感器来测定。试样的最终高度也在试验结束后进行了测量。图2显示了试验试样，破裂前的高度也绘制在内。图2四种温度条件下破裂时圆拱高度和成形压力的函数具有研究意义的最高温度和压力为520℃和0.2MPa。尽管使用了惰性气体来成形，但成形试样在经过2825s后还是出现了明显氧化。较好的实验结果，就破裂圆拱高度而言，在460℃也有出现，尤其是在低压条件下，相比之前的条件无明显氧化。另一个试验明显说明：降低温度，成形压力对试样破裂的圆拱高度影响很小。根据[15]，试验中的等效应变速率值可通过下面的公式进行计算：（1）其中，h为圆拱高度，为h相对时间的导数（潮高比），R是模腔的半径。例如，在图3中，显示了460℃和0.3MPa下的H-T曲线和应变速率的变化。图30.3MPa的恒压下，460℃胀形试验中顶点处圆拱高度和应变率与成形时间的关系图该图的初始部分的特征是圆拱高度快速增加相对于应变速率的增加（高于3x10﹣3S﹣1）;该图的第二部分显示当保持一个恒定的应变速率（约2x10﹣4S﹣3）时，高度时间关系曲线斜率基本不变；结束部分，高度和应变速率再次增长直到破裂。这个现象也存在与其他不同温度，压力，应变速率的试验中。在试验的第二阶段，从0.3MPa到0.8MPa改变压力，保持恒定的温度，发现应变速率保持在一个几乎恒定的值上，从2x10﹣4S﹣3升到4x10﹣4S﹣3。图4显示了460℃，从0.3MPa到0.8MPa6个不同压力水平下圆拱高度的变化情况。可以看出，当需要相同的圆拱高度时，成形时间会随压力水平的提高呈线性减少。类似的现象在其他温度也出现过。考虑恒压水平和分析温度对成形行为的影响，应考虑的因素是，在自由膨胀试验中的高度速率相比温度更加线性的增加，如图4b。通过分析H-T曲线接近线性的那部分，可以根据斜率计算出圆拱高度速率。由图4b可知，温度由360℃升到410℃会使高度速率由0.006mm/s增加到0.03mm/s，当温度由460℃升到520℃时会使高度速率由0.11mm/s升到0.57mm/s。试验中，每个计算出的高度速率被认为与应变速率是成比例的，得出如下结论，应变速率的增加随温度呈线性关系。图4a圆拱高度在460℃和六个不同压力下与成形时间的关系图b圆拱高度在0.8MPa和四个不同温度下与成形时间的关系图在热成形过程中一个最重要的参数就是应变速率敏感性指数，m，它可以通过不同应变速率下的拉伸试验很容易计算出来。在气胀成形领域，Jovane和其他学者如Enikeev和Kruglov[16,17]提出了评估胀形试验本构参数的分析方法。例如，测量两个不同压力条件下胀形试验后的高度，应变敏感性指数可通过如下公式得到：m=lnp其中，下标1、2分别表示第一组、第二组压力水平，p为压力值，t为需要得到与凹模圆角半径相等的圆拱高度所需的成形时间。如之前提到的，镁合金在高温下的吹塑成型受到微观结构的变化也会影响m值。因此，通过（2）式计算出的m值是一个平均值，但它可以被认为是分析压力如何影响成形性能的良好的开端参数。m的最高值出现在最高温度（460℃和520℃），最低压力（0.2MPa-0.3MPa），最高压力（0.7MPa-0.8MPa）。确认指数的重要性，破裂的最高圆拱高度对应最大的m值，通过计算不同试验温度和相同压力条件下的m的平均值，可以看到在460℃，该合金表现出更大的m的平均值，如图5所示。采用高的成形温度会导致晶粒变粗变大；此外板材的氧化，成形过程中温度的降低，会带来更好的最终制件[18]。因此，根据试验结果和这些因素，在那些被检测的结果中，这种镁合金的最佳成形温度为460℃，在这个温度可以实现等效断裂伸长率和后成形材料的良好折中。图5应变速率敏感性指数与成形温度的函数曲线6.封闭模具成形为了分析封闭模腔的填充，2k多因子实验方案应用而生。这两个因素分两个层面，压力为0.4MPa和0.8MPa，成形时间为500S和1000S。另外，为了得出在模腔填充（正比于填充在封闭模腔中板材的体积）和检测的因素中是否存在非线性，补充了一个中心点。实验方案如图6a，各自具有成形压力和时间。增加了两点是在单一的压力条件下（0.8MPa），成形时间为50S和2000S的两点也被加入。在吹塑成型之后，用数字图像相关系统采集变形的轮廓来得到板材的形状，并且很容易测量该组件的主要几何参数，来量化填充模具的板材。图6闭模成形试验a有一个中心点，两组成形压力水平和两组成形时间b在已检验的压力水平下，成形后沿方形板材方向的圆角半径和成形时间的函数曲线为了定量填充，进行了3个几何参数的测量：（i）板材和闭模底部的接触面积，（ii）沿着中间轴线所成形的的板材的圆角半径，（iii）沿对角线的平方部分所成形的板材的圆角半径。比较二者可以看出，后者的值要大于前者。这两个参数之间的差异随着成形时间的减少而减小：0.8MPa50S后差异为11%，2000S后掉到4%。尽管该材料达不到超塑性成形的目的，闭模试验已经证实了其在高温条件下具有很高的延展性：在0.8MPa的恒压条件下，经过2000S，板材在不破裂的情况下达到了最小的圆角半径约为1.2mm（沿中轴方向）。尽管成形时间对于传统工业应用来说并无太高成本效益，但对获得形状复杂的材料和成形过程来说是很有启发的。所有已分析的几何参数证明，充模和温度、压力这两个因素之间为非线性关系：观测试验可以看出，0.8MPa条件下，50S到500S过程中形成的圆角半径要比500S到2000S过程的大很多（如图6b所示）。中心点的结果表示充模和成形压力之间为非线性关系：相比0.6MPa条件下获得的结果，比0.4MPa条件下的，它更接近于0.8MPa条件下所获得的结果。类似的结果也在自由胀形试验中获得，证明板材的应变速率比成形压力会更加线性的增加。众所周知，在恒压条件下，当板材接触模腔底部时，坯料的平均应变率会突然下降。常见的SPF应用中，当在最佳压力周期时，板材模腔底部接触后压力会越来越大，来保持接近目标值的应变率[19]。在恒压测试中，板材迅速接触模腔底部，而0.8MPa条件下经过50S后，板材已经接触了模腔底部，但需要更多的时间来校准和接触模壁（如图6b）。在这些情况下，使用高压条件，板材的应变率在接触后还是会变得很低。7.结论高温条件下商用AZ31镁合金的成形行为在胀形和闭模试验中得到了分析。这些试验的结果得出：为了具有超塑性行为，即使对材料不进行前处理，它也会和原来一样在断裂钱表现出大的等效伸长率；最大伸长率出现在最高的温度和最低的压力下：在已进行试验的众多温度水平下，460℃可以实现断裂伸长率、应变速率敏感性指数和材料后成形条件的良好折衷；降低成形温度，压力对断裂圆拱高度的影响也会减小；在恒温条件下，把应变率作为压力的函数或者在恒压条件下，把应变率作为温度的函数都可以得出很明显的线性关系；在闭模成形中，材料在高温下可以达到非常小的圆角半径，表现出很高的延展性；在检验温度和压力时，充模和成形压力有很好的线性关系，与成形时间几乎不存在线性关系。为了更好的了解镁合金在高温下吹塑成型的影响因素，还需进一步的试验研究。由于微观结构的变化和气蚀现象，后成形的特点也许更深入的分析。在加快成形周期和优化板材厚度分布的过程中，压力是可以调节的，吹塑成形被认为在生产形状复杂的薄壁镁合金组件中有很高的竞争力。8.鸣谢作者感谢意大利机构”Ministerodell’Istruzione,dell’UniversitàedellaRicerca”和“FondazioneCassadiRisparmiodiPuglia”对该研究活动的投资和支持。外文文献的原稿BlowformingofAZ31magnesiumalloysatelevatedtemperaturesDonatoSorgente&LeonardoDanieleScintilla&GianfrancoPalumbo&LuigiTricaricoReceived:29April2009/Accepted:15June2009/Publishedonline:25June2009#Springer/ESAFORM2009AbstractInthiswork,theformingbehaviourofacommercialsheetofAZ31Bmagnesiumalloyatelevatedtemperaturesisinvestigatedandreported.Theexperimentalactivityisperformedintwophases.Thefirstphaseconsistsinfreebulgingtestandthesecondoneinanalysingtheabilityofthesheetinfillingacloseddie.Differentpressureandtemperaturelevelsareapplied.Infreebulgingtests,thespecimendomeheightisusedascharacterizingparameter;inthesametest,thestrainratesensitivityindexiscalculatedusingananalyticalapproach.Thus,appropriateformingparameters,suchastemperatureandpressure,areindividuatedandusedforsubsequentformingtests.Inthesecondphase,formingtestsincloseddiewithaprismaticshapecavityareperformed.Theinfluenceofrelevantprocessparametersconcerningformingresultsintermsofcavityfilling,filletradiionthefinalspecimenprofileareanalysed.Closeddieformingtestsputinevidencehowtheexaminedcommercialmagnesiumsheetcansuccessfullybeformedincomplicatedgeometriesifprocessparametersareadequatelychosen.KeywordsBlowforming.Materialcharacterization.Magnesiumalloys.AZ31IntroductionMagnesium(Mg)alloysarereceivingincreasinginterestfromindustrymanufacturersprincipallybecauseoftheirlowspecificweight:amongstructuralmaterials,Mgalloyshavethelowestdensityandofferthehighestpotentialforsavingweight,especiallyinareaswheremovingcomponentsareinuse.Intheseapplications,theincreasingdemandforlightweightalloys,inparticularforMgalloysandtheinabilityofconventionalformingtechniquestoeffectivelyformthesealloysmakeSuperplasticForming(SPF)anattractiveformingtechnique.Infact,lightweightcomponentswithextremelycomplexshapescanbemanufacturedbySPFfromasinglesheetofsuperplasticmaterial.TheapplicationoftheBlowForming(BF)processisparticularlyinterestingandinnovativeconsideringlightmetallicalloyssuchasaluminium,titaniumandmagnesiumones,someofwhicharehardtoformusingconventionalconditions.TheBFprocessconsistsintheapplicationofaforminggas(e.g.air,argon)pressureontheblankthatisforcedinadiecavity.Incomparisonwithfluidbasedformingoperations,intheareaofformingatelevatedtemperatures,gasoffersthechancetoprovidehighertemperaturesduetoitshightemperatureresistanceincontrasttomostfluids[1].Thegasreplacescompletelythedrivenpunchofconventionalstampingprocesses,andallowsdeformingdifferentkindsofmaterialswiththehighestlevelofdetail.Inthepast,theconceptofformingbyblowingwasappliedinthetraditionalglassblowing,whosefundamentalprincipleisbasedonformingthematerialatatemperaturegreaterthanthesofteningpoint.Currently,thebasicprincipleofBFiswidelyusedinthemanufactureofplastics,forexampleinBlowMouldingprocesses.Insheetmetalforming,potentialitiesofthisprocesscomparedwithconventionalformingtechniquesaresignificant.Itgivesseveraladvantages:(i)formingcomponentswithlargeandcomplexshapes,inasingleoperationwithahighlevelofdetails;(ii)theirmanufacturinginnearlynetshape,drasticallyreducingsubsequentcostlyandtimeconsumingassemblyoperations;(iii)theabsenceofmaletoolscosts;(iv)betterdimensionalaccuracyoffinishedproducts;(v)lowspringbackeffectsontheformedpart.However,SPFwithBFformetalshasnotalargescaleapplicationintheindustry,owingtothehighcostoftheprocessandrawmaterials,whichmadethistypeofprocessgloballylesscompetitivecomparedwithotherconventionaltechnologies.Inordertoovercometheselimits,highstrainratesuperplasticity(HSRSP)andsometechniquesasQuickPlasticFormin