兵器材料科学与工程：超塑胀形过程中空洞损伤演变的数值模拟
2022-10-06【作 者】向毅斌;吴诗惇;陈敦军
金属材料在特定的组织结构、变形温度和速度条件下，可以呈现出极高的延伸率和很小的变形抗力。这种现象称之为超塑性。由于超塑性状态下金属材料表现出来的优异的变形性能。超塑成形日前已成为解决难变形问题和成形形状复杂零件的有效手段，广泛应用于航空、航天、兵工、船舶、汽车等众多工业部门。然而．由超塑性变形机理知．空洞的形核、长大、聚合及连接是超塑成形材料中普遍存在的组织变化特征。空洞的作用一方面引起应变软化效应，一方面导致金属材料变形性能及成形零件机械性能的降低，这给成形零件特别是受力构件的使用可靠性带来了巨大的威胁[1]。因此，对超塑成形过程中空洞损伤演变的规律进行研究以减少其对超塑成形的不利影响就显得尤为重要。
针对空洞对变形的耦合影响及其演变规律，国内外学者已经建立了许多数值模型[2-8]。然而前述模型大都未能综合考虑空洞形核、长大、聚合及连接的影响，直接应用于超塑成形过程必然产生相应的误差。为了真实地反映空洞损伤行为，基于连续损伤力学，吴诗悖等人[9]提出了超塑性成形中空洞损伤演变方程。本文即根据该损伤演变方程，采用刚粘塑性有限元法耦合计算了超塑胀形过程中金属板科内部空洞损伤演变规律，给出了胀形件内空洞体积分数的分布情况，研究了空洞对超塑胀形的影响。本文计算时考虑了应变硬化和厚向异性，其研究结果对指导超塑胀形实际工艺设计具有重要意义。
【结束语】
超塑性材料一般为空洞敏感型材料。超塑成形过程中空洞的演变和发展会降低超塑性材料的成形能力，劣化成形零件的机械性能。而对于超塑胀形这类高温、模腔封闭、变形机制复杂的金属成形问题，常规方法测试分析困难，成本高。准确性差，效果难如人意。本文基于有限元数值模拟技术实现]了超塑性材料空洞损伤演变的数值模拟。为实际成形工艺规范的制定提供了有效手段。本文的计算模型可推广到其他超塑成形问题。
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