宇航学报：空洞敏感材料轴对称超塑约束胀形的数值研究
2023-05-23【作 者】胡平;李运兴;陈塑寰
【前 言】
金属超塑成形由于能够一次成形出构形十分复杂的构件， 已在航天、航空等许多工业部门中得到 广泛 的应用。超塑材料大多在变形过程 中产生空洞， 并随变形而扩展。 这种不可逆的损伤演化造成材料的过早断裂， 影响其成形性及使用性能。 因此， 研究超塑胀形过程中的损伤特性具有十分重要的理论意义和实用价值。
关于超塑约束胀形过程中损伤与断裂力学行为的理论和数值模拟方面的研究较少[1-3]， 或许是由于变形过程的复杂性以及数值计算的不稳定性等原因， 目前见到的国内外有关报道不多。 本文将含有变形损伤的本构关系[6-7]，引入大应变刚粘塑性有限元模型， 研究了圆形板料向直壁圆柱形凹模内超塑约束胀形的力学特性和操作机制。 重点讨论了材料参数、静水背压力、空洞长大速率、 摩擦因子以及模具几何尺寸对超塑材料约束胀形中厚度分布不均匀性和空洞分布状态的影响。
【结 论】
本文将包含变形操作的本构关系引入大变形膜单元刚粘塑性有限元法， 模拟了空洞敏感材料向直壁圆柱形凹模内超塑约束胀形的变形过程， 得出如下结论：
1、提高静水背压力可以抑制空洞生长，改善厚度不均匀性， 增强材料向凹模角部的充填性。 尤其当RD/HP<1.7时， 采用适当背压力效果更明显。
2、为保证厚度减薄断裂先于空洞断裂，对于初始空洞生长速率D。较大的材料， 适当加大背压力或选取值较大的材料， 两者均可有效地抑制空洞长大。 从而提高材料向角部充填性。
3、减小界面摩擦有利于材料向模角的充填、改善厚度不均匀性。 但当摩擦较小时顶部单元拉薄相对增大。
以下是正文：
