鋁及鋁合金鑄軋成形與裂紋擴(kuò)展

前言 

第1章緒論1 

1.1鋁及鋁合金鑄軋成形與裂紋擴(kuò)展研究意義1 

1.2鋁及鋁合金鑄軋成形與裂紋擴(kuò)展研究發(fā)展?fàn)顩r1 

1.2.1鋁及鋁合金鑄軋成形研究發(fā)展?fàn)顩r1 

1.2.2鋁合金裂紋擴(kuò)展研究發(fā)展?fàn)顩r4 

1.3鋁及鋁合金鑄軋成形與裂紋擴(kuò)展數(shù)值方法及其研究發(fā)展?fàn)顩r5 

1.3.1元胞自動機(jī)法5 

1.3.2有限元法7 

1.3.3有限差分法8 

1.3.4分子動力學(xué)法9 

1.4本章小結(jié)12 

第2章基于元胞自動機(jī)的鋁鑄軋微觀數(shù)值模擬13 

2.1概述13 

2.2微觀組織數(shù)值模擬的元胞自動機(jī)模型14 

2.2.1形核模型14 

2.2.2生長模型15 

2.2.3溶質(zhì)擴(kuò)散模型18 

2.2.4元胞自動機(jī)法的捕獲法則22 

2.3基于元胞自動機(jī)的微觀組織數(shù)值計(jì)算方法23 

2.3.1晶粒生長的數(shù)值計(jì)算方法23 

2.3.2微觀組織形成的數(shù)值計(jì)算方法25 

2.3.3邊界條件的確定及相對運(yùn)動的處理26 

2.4程序方案設(shè)計(jì)27 

2.4.1晶粒生長的程序方案設(shè)計(jì)27 

2.4.2微觀組織形成的程序方案設(shè)計(jì)28 

2.5基于元胞自動機(jī)的微觀組織數(shù)值模擬30 

2.5.1基于元胞自動機(jī)的晶粒生長數(shù)值模擬31 

2.5.2基于元胞自動機(jī)的微觀組織形成數(shù)值模擬33 

2.6本章小結(jié)36 

第3章基于有限元的鋁鑄軋成形過程數(shù)值模擬38 

3.1概述38 

3.2鋁鑄軋成形過程數(shù)學(xué)模型及其求解38 

3.2.1鑄軋成形過程數(shù)學(xué)模型的建立38 

3.2.2一些重要工藝參數(shù)的處理43 

3.2.3邊界條件的確定47 

3.2.4數(shù)值計(jì)算47 

3.3鋁鑄軋成形過程數(shù)值模擬分析48 

3.3.1鑄軋區(qū)流場、溫度場、熱應(yīng)力場及熱應(yīng)變場48 

3.3.2鑄軋輥輥套溫度場與熱應(yīng)力場49 

3.4鋁鑄軋參數(shù)對鑄軋過程的影響51 

3.4.1鑄軋參數(shù)對鑄軋區(qū)流場的影響51 

3.4.2鑄軋參數(shù)對鑄軋區(qū)溫度場的影響53 

3.4.3鑄軋參數(shù)對鑄軋區(qū)熱應(yīng)力場的影響56 

3.4.4鑄軋參數(shù)對鑄軋區(qū)熱應(yīng)變場的影響58 

3.4.5鑄軋參數(shù)對鑄軋輥溫度場的影響60 

3.4.6鑄軋參數(shù)對鑄軋輥熱應(yīng)力場的影響62 

3.5本章小結(jié)65 

第4章基于損傷力學(xué)的鑄軋輥輥套疲勞壽命研究66 

4.1概述66 

4.2損傷力學(xué)理論 67 

4.2.1含損傷材料本構(gòu)關(guān)系 67 

4.2.2損傷演化方程 68 

4.2.3理論理想疲勞曲線 69 

4.2.4損傷參數(shù)確定 70 

4.3裂紋形成與擴(kuò)展的損傷力學(xué)方法71 

4.3.1疲勞損傷耦合理論 71 

4.3.2損傷力學(xué)——有限元法 72 

4.4輥套疲勞壽命預(yù)估74 

4.4.1輥套的應(yīng)力場分析74 

4.4.2輥套疲勞壽命預(yù)測77 

4.5本章小結(jié)79 

第5章基于有限差分的鑄軋過程鑄嘴型腔流動數(shù)值模擬80 

5.1概述80 

5.2鑄軋過程鑄嘴型腔熔體數(shù)學(xué)模型及其求解80 

5.2.1鑄軋過程鑄嘴型腔熔體數(shù)學(xué)模型80 

5.2.2鑄軋過程鑄嘴型腔熔體求解89 

5.3鑄軋過程鑄嘴型腔熔體流動與傳熱數(shù)值模擬90 

5.3.1鑄嘴型腔熔體流動與傳熱分析90 

5.3.2鑄軋參數(shù)對型腔流場出口速度、出口溫度的影響94 

5.4鑄嘴布流調(diào)節(jié)過程型腔熔體流動與傳熱數(shù)值模擬102 

5.4.1超薄供料型腔非定常流特點(diǎn)及其處理方法102 

5.4.2超薄供料型腔非定常流數(shù)學(xué)模型103 

5.4.3超薄供料型腔非定常流數(shù)值仿真分析104 

5.5本章小結(jié)111 

第6章鋁鑄軋?jiān)囼?yàn)研究112 

6.1布流系統(tǒng)水模試驗(yàn)112 

6.1.1試驗(yàn)的基本準(zhǔn)則112 

6.1.2試驗(yàn)方案及實(shí)施114 

6.1.3試驗(yàn)結(jié)果與分析116 

6.2鑄軋過程試驗(yàn)及組織分析119 

6.2.1試驗(yàn)方法119 

6.2.2試驗(yàn)結(jié)果與分析120 

6.3本章小結(jié)125 

第7章基于分子動力學(xué)的鋁及鋁合金裂紋擴(kuò)展數(shù)值模擬127 

7.1概述127 

7.2分子動力學(xué)的基本原理和模擬方法127 

7.2.1分子動力學(xué)的基本原理127 

7.2.2LAMMPS簡介135 

7.3鋁裂紋擴(kuò)展行為的分子動力學(xué)模擬136 

7.3.1不含孔洞的鋁裂紋擴(kuò)展行為的分子動力學(xué)模擬136 

7.3.2含孔洞的鋁裂紋擴(kuò)展行為的分子動力學(xué)模擬140 

7.4鋁合金拉伸變形的分子動力學(xué)模擬146 

7.4.1Al2Cu拉伸的分子動力學(xué)模擬146 

7.4.2含孔洞的Al2Cu拉伸的分子動力學(xué)模擬153 

7.5本章小結(jié)159 

第8章基于有限元的鋁合金細(xì)觀結(jié)構(gòu)響應(yīng)及裂紋擴(kuò)展數(shù)值模擬161 

8.1概述161 

8.2基于均勻化方法的鋁合金細(xì)觀結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析161 

8.2.1鋁合金細(xì)觀結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型161 

8.2.2鋁合金缺陷細(xì)觀結(jié)構(gòu)有限元建模165 

8.2.3結(jié)果與討論166 

8.3鋁合金裂紋擴(kuò)展數(shù)值模擬173 

8.3.1模型的建立173 

8.3.2鋁合金裂紋擴(kuò)展過程中裂紋前緣應(yīng)力場的數(shù)值模擬174 

8.3.3復(fù)雜載荷作用下裂紋擴(kuò)展與分析177 

8.4本章小結(jié)181 

第9章鋁合金高溫塑性變形條件下的變形機(jī)制183 

9.1概述183 

9.27050鋁合金熱處理183 

9.2.1試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方案183 

9.2.2試驗(yàn)結(jié)果與分析184 

9.37050鋁合金的熱壓縮試驗(yàn)188 

9.3.1試驗(yàn)材料與方法188 

9.3.2不同變形條件下7050鋁合金真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線189 

9.3.3熱變形參數(shù)對7050鋁合金流變應(yīng)力的影響及流變應(yīng)力本構(gòu)方程192 

9.4高溫塑性變形條件下7050鋁合金微觀組織的演化196 

9.4.17050鋁合金微觀組織特征196 

9.4.27050鋁合金在不同變形程度下微觀組織的演化規(guī)律197 

9.4.37050鋁合金在不同變形溫度下微觀組織的演化規(guī)律199 

9.4.47050鋁合金在不同應(yīng)變速率下微觀組織的演化規(guī)律200 

9.5本章小結(jié)202 

參考文獻(xiàn)203