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镁合金板料热拉深成形实验与数值模拟研究
摘要
本文研究了镁合金板料的热拉深成形实验和数值模拟。实验采用了四点弯曲法，得到了镁合金板料的基本力学性能和热拉深成形的实验数据。数值模拟采用了ABAQUS软件，建立了有限元模型，对镁合金板料进行热拉深成形仿真分析。结果表明，随着拉深程度的增加，变形强度逐渐增加，最终出现破裂的现象。研究表明，镁合金板料的热拉深成形具有一定的实际应用价值。
关键字：镁合金板料，热拉深成形，数值模拟
Abstract
Thispaperstudiesthehotdeepdrawingformingexperimentandnumericalsimulationofmagnesiumalloysheet.Theexperimentusedthefour-pointbendingmethodtoobtainthebasicmechanicalpropertiesofmagnesiumalloysheetandtheexperimentaldataofhotdeepdrawingforming.ThenumericalsimulationusedABAQUSsoftwaretoestablishafiniteelementmodelandsimulatethehotdeepdrawingformingofmagnesiumalloysheet.Theresultsshowedthatwiththeincreaseofthedrawingdepth,thedeformationstrengthgraduallyincreasedandeventuallyappearedthephenomenonoffracture.Thestudyshowsthatthehotdeepdrawingformingofmagnesiumalloysheethascertainpracticalapplicationvalue.
Keywords:Magnesiumalloysheet,hotdeepdrawingforming,numericalsimulation
1.引言
随着工业现代化的推进和人们环保意识的不断提高，轻量化建筑材料成为了目前国内外科研机构和制造企业的研究重点。镁合金是一种具有优良力学性能、高强度、低密度、良好的耐腐蚀性能等特点的轻质工程材料，因此被广泛应用于航天、汽车、船舶等领域。然而，镁合金也存在着一些问题，如塑性成形难度大、易于出现疲劳损伤等，因此有必要对其成形过程进行深入研究。
热拉深成形是一种高效的金属成形方法，对于镁合金等难以冷成形的材料尤为适用。热拉深成形主要是通过加热材料，使其达到高温状态，提高其塑性，然后利用模具将其制成所需形状。然而，热拉深成形涉及到材料的热力学特性、加热方式、成形温度等一系列因素，需要进行实验研究和数值模拟分析。
本文采用了四点弯曲法，通过实验得到了镁合金板料的基本力学性能和热拉深成形的实验数据。同时，采用ABAQUS软件建立了板料的有限元模型，对其进行热拉深成形的数值模拟。通过实验和数值模拟，研究了材料的变形规律、变形强度和破裂特征等问题，为实际工程中的应用提供一定的参考价值。
2.实验方法
2.1实验设备
本实验采用了松江大学材料科学与工程学院的四点弯曲机。实验样品采用了3mm厚度的AZ31B镁合金板料，板料尺寸为50×50mm。实验过程中，样品需要在不同温度和应变速率下进行热变形，然后进行拉伸试验。
2.2实验过程
实验首先进行板料的预处理，即在20分钟内将板料加热到所需温度，然后放入四点弯曲机上进行热变形。在热变形过程中，板料需要通过四点弯曲机进行对称变形，使之达到所需形状，并且进行拉伸试验，以确定其基本力学性能。
随着板料拉伸过程中变形的发生，板料会从初始状态逐渐变形，直到最终达到破裂。在此过程中，需要记录板料变形程度和破裂特征等数据，以供后续的数值模拟分析。
3.数值模拟
本文采用ABAQUS软件建立了板料的有限元模型，并进行了热拉深成形的数值模拟。模型采用了网格划分和分析，对变形过程进行仿真分析，并计算了相关变量和结果。
3.1材料模型和参数
板料的材料模型采用了Johnson-Cook模型，该模型能够较好地模拟金属材料的热变形过程。模型中包括板料的塑性应变、塑性应力、热应变率、应力松弛率等重要参数，以精确仿真材料的热变形过程。
3.2模型建立和仿真分析
本文采用了ABAQUS软件对板料进行热拉深成形的仿真分析。模型包括了板料的初始状态、变形过程和破裂特征等问题，并对变形过程进行了详细的分析和计算。在模拟过程中，考虑到材料的热力学性质、加热方式、成型温度等因素，对其进行了一系列的参数优化和分析。
结果显示，随着拉深程度的增加，变形强度逐渐增加，最终出现破裂的现象