微塑性成形的尺寸效应与数值模拟

第1 章微塑性成形的发展和研究现状

1．1 引言 1

1．2 微体积成形的工艺研究 1

1．3 微塑性成形中的尺寸效应 4

1．3．1 材料流动应力的尺寸效应 4

1．3．2 摩擦的尺寸效应 5

1．4 微塑性成形计算机模拟 7

1．4．1 基于实验数据的微塑性成形模拟 7

1．4．2 跨尺度理论 8

1．4．3 应变梯度理论 9

1．4．4 介观尺度理论 9

1．5 微塑性成形技术存在的问题 10

第2 章微体积成形中材料本构建模与尺寸效应分析

2．1 引言 12

2．2 微体积成形中材料的尺寸效应 12

2．2．1 平均晶粒尺寸的影响 12

2．2．2 试样尺寸的影响 13

2．2．3 材料的非均匀流动 14

2．3 金属塑性变形物理基础 15

2．3．1 单晶体塑性变形 15

2．3．2 多晶体塑性变形 15

2．4 考虑晶界强化和表面层理论的复合材料模型 16

2．4．1 表面层晶粒的材料本构关系 16

2．4．2 修正的Hall-Petch公式 17

2．4．3 尺度参数 18

2．4．4 材料本构模型的尺度依赖 20

2．4．5 模型验证 21

2．5 考虑晶界强化和表面层理论的区域化模型 23

2．5．1 晶粒取向对塑性变形的影响 23

2．5．2 区域化有限元模型 23

2．5．3 考虑晶界强化的区域化材料本构模型 24

2．5．4 尺度参数 25

2．5．5 模型验证 25

2．5．6 模拟结果分析 28

2．6 本章小结 32

第3 章微体积成形中的干摩擦建模与尺寸效应分析

3．1 引言 33

3．2 微体积成形中的摩擦尺寸效应 33

3．3 塑性成形中的摩擦模型 34

3．3．1 传统的摩擦模型 34

3．3．2 Tabor黏着摩擦模型 35

3．4 微体积成形中的干摩擦建模 36

3．4．1 实际接触比 36

3．4．2 Wanheim/Bay摩擦模型的转化形式 37

3．4．3 模型验证 39

3．5 微塑性成形干摩擦尺寸效应研究 41

3．5．1 微观组织的影响 42

3．5．2 试样尺寸的影响 45

3．5．3 变形量的影响 45

3．6 本章小结 46

第4 章微镦粗的实验研究及纯铜材料本构关系的求解

4．1 引言 48

4．2 实验方案设计 48

4．2．1 试样的制备与预处理 48

4．2．2 实验条件 50

4．3 微镦粗试样的形貌观察 50

4．3．1 变形程度对试样形貌的影响 50

4．3．2 材料不均匀流动 51

4．4 微镦粗过程流动应力分析 52

4．4．1 试样尺寸的影响 52

4．4．2 平均晶粒尺寸的影响 54

4．5 尺度依赖的纯铜本构关系 55

4．5．1 基于试样尺寸的纯铜本构关系求解 55

4．5．2 基于平均晶粒尺寸的纯铜本构关系求解 57

4．6 本章小结 58

第5 章柱式微特征模压成形的实验研究

5．1 引言 59

5．2 实验方案设计 59

5．2．1 坯料的制备与预处理 60

5．2．2 实验条件 60

5．3 微特征成形工艺参数的研究 62

5．3．1 成形力对微特征高度的影响 62

5．3．2 平均晶粒尺寸对微特征高度的影响 63

5．3．3 摩擦条件对微特征高度的影响 63

5．3．4 坯料厚度对微特征高度的影响 64

5．4 微特征成形尺寸效应分析 65

5．4．1 微孔尺寸对微特征高度的影响 65

5．4．2 晶粒分布对模压成形高度的影响 67

5．4．3 晶粒取向对微特征高度的影响 68

5．5 本章小结 71

第6 章柱式微特征模压成形的数值模拟与变形机理分析

6．1 引言 72

6．2 闭式微成形尺寸效应分析 72

6．2．1 闭式微成形材料尺寸效应分析 72

6．2．2 闭式微成形摩擦尺寸效应分析 76

6．3 柱式微特征模压的数值模拟及变形机理分析 78

6．3．1 试样尺寸的影响 78

6．3．2 摩擦的影响 81

6．3．3 微孔直径的影响 84

6．4 考虑表面层晶粒取向和晶界强化的微特征成形建模与分析 85

6．4．1 材料模型 86

6．4．2 接触设置与边界条件 86

6．4．3 晶粒取向随机分布的FEM 模型与模拟结果分析 87

6．4．4 尺寸效应分析 89

6．5 本章小结 92

参考文献