液壓脹形金屬薄壁管的材料特性

前言

　　管材液壓脹形技術(shù)是生產(chǎn)截面形狀復(fù)雜的中空薄壁整體結(jié)構(gòu)件的一種先進(jìn)、特殊、精密（半精密）的凈成形技術(shù)，具有工序集成度高、工藝簡單、廢品率低、零件剛度高、質(zhì)量輕及模具成本低等特點，在汽車、航空、航天、船舶、家電等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，特別是汽車工業(yè)對于高剛度、輕質(zhì)量零件的需求，推動了THF的迅速發(fā)展。美國、日本、德國等汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家都將THF作為實現(xiàn)“車身輕量化”的有效途徑，競相投人大量人力、物力和財力加以研究和推廣應(yīng)用。　　THF技術(shù)始于20世紀(jì)40年代，當(dāng)時主要是用來成形T形管接頭。到70年代末期，德國開始對THF技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)性研究，并于90年代初期率先將其應(yīng)用到汽車結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)中。目前，一些學(xué)者從成形機(jī)理、管材選用、摩擦特性、預(yù)成形設(shè)計、成形工藝、模具材料及其涂覆處理等方面對THF開展了大量的研究工作。其中，金屬薄壁管的材料特性（如力學(xué)性能、本構(gòu)關(guān)系、成形性能、流動特性、脹裂機(jī)理等）在THF中起著極其重要的作用，對THF的產(chǎn)品精度、成形極限、載荷大小及模具壽命等有很大的影響，常常關(guān)系到THF的成敗。所以，在實施THF工藝前，材料特性的確定是一項極其重要的工作?；赥HF的材料特性的研究近年來比較活躍，主要集中在如下幾個熱點問題：基于THF環(huán)境的管材塑性本構(gòu)關(guān)系的構(gòu)建、針對THF應(yīng)用的管材性能參數(shù)測試技術(shù)、有縫管材料特性及其FEM模擬技術(shù)、材質(zhì)不均勻管材的THF成形性能及脹裂斷口分析等。

內(nèi)容概要

本書是關(guān)于金屬薄壁管在液壓脹形(tube hydroforming，THF)技術(shù)中的材料特性的一本專業(yè)書，從材料學(xué)、塑性力學(xué)、靜水力學(xué)、斷口學(xué)等角度對液壓脹形薄壁管材料特性中的幾個熱點問題及研究方法進(jìn)行了闡述，內(nèi)容包括THF技術(shù)概況、THF材料特性的研究現(xiàn)狀、液壓脹形試驗平臺及管材性能參數(shù)測試裝置、管材力學(xué)性能測試及液壓脹形試驗方法、基于THF環(huán)境的管材塑性本構(gòu)關(guān)系的構(gòu)建方法、有縫管材料特性及其液壓脹形FEM數(shù)值模擬方法、管材THF成形性能及材質(zhì)不均勻的影響規(guī)律、管材斷口分析及THF宏觀脹裂機(jī)理探討等。    本書對從事金屬塑性加工、材料加工工程及其相關(guān)專業(yè)的讀者有一定的參考價值，也可供相關(guān)專業(yè)的研究生作為專業(yè)參考書。

作者簡介

楊連發(fā)，男，1965年生，漢族。貴州黎平人，工學(xué)博士，教授。1986年、1989年分別從哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)士、碩士畢業(yè)，2006年從西安交通大學(xué)博士畢業(yè)。2005—2006年曾赴日本橫濱國立大學(xué)(Yokohama  National University)、日本豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)(Toyohashi  University  of Technology)作訪問學(xué)者?，F(xiàn)在桂林電子科技大學(xué)工作，主要研究領(lǐng)域為液壓成形技術(shù)、塑性加工及裝備、模具CAD/CAM/CAE技術(shù)等。近五年來，先后主持國家自然科學(xué)基金課題、廣西壯族自治區(qū)自然科學(xué)基金課題、企業(yè)橫向課題等20多項課題；在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文54篇，其中7篇被SCI收錄，22篇被EI收錄；獲得授權(quán)發(fā)明專利3項，實用新型專利4項。

書籍目錄

第1章  緒論  1.1  管材液壓脹形技術(shù)  1.2  THF技術(shù)的優(yōu)勢及應(yīng)用背景  1.3  THF技術(shù)的發(fā)展趨勢  1.4  THF材料特性的研究現(xiàn)狀  1.5  THF材料特性的科學(xué)核心問題第2章  液壓脹形試驗平臺及管材性能參數(shù)測試裝置  2.1  概述  2.2  外控充液增壓式試驗平臺  2.3  管材THF性能參數(shù)測試裝置  2.4  本章小結(jié)第3章  管材力學(xué)性能測試及液壓脹形試驗方法  3.1  概述  3.2  單向拉伸試驗  3.3  液壓脹形試驗  3.4  液壓脹形后管件變形的測量  3.5  破裂形態(tài)及斷口形貌觀測  3.6  焊縫及熱影響區(qū)顯微硬度測量  3.7  本章小結(jié)第4章  基于THF環(huán)境的管材塑性本構(gòu)關(guān)系的構(gòu)建方法一  4.1  概述  4.2  脹形輪廓形狀與壁厚分布的關(guān)系  4.3  管材塑性本構(gòu)關(guān)系的構(gòu)建新方法  4.4  本構(gòu)關(guān)系構(gòu)建新方法的精度檢驗  4.5  本構(gòu)關(guān)系構(gòu)建新方法的適用性及特點  4.6  本章小結(jié)第5章  有縫管材料特性及其液壓脹形FEM數(shù)值模擬方法  5.1  概述  5.2  焊縫材料特性的確定  5.3  有縫管HAZ材料本構(gòu)關(guān)系的確定  5.4  有縫管THF成形過程數(shù)值模擬及結(jié)果分析  5.5  本章小結(jié)第6章  管材THF成形性能及材質(zhì)不均勻的影響規(guī)律  6.1  概述  6.2  管材THF成形性能  6.3  確定極限載荷及成形極限的新方法  6.4  材料特性不均勻的影響規(guī)律  6.5  初始壁厚不均勻的影響規(guī)律  6.6  初始形狀不均勻的影響規(guī)律  6.7  本章小結(jié)第7章  管材斷口分析及THF宏觀脹裂機(jī)理探討  7.1  概述  7.2  單向拉伸與液壓脹形時的材料特性  7.3  THF中管材的宏觀脹裂機(jī)理  7.4  管材在拉伸及脹形時材料特性不同的原因  7.5  本章小結(jié)第8章  總結(jié)與展望  8.1  總結(jié)  8.2  展望參考文獻(xiàn)后記

章節(jié)摘錄

　　對于金屬材料，通常裂尖附近存在著一個塑性區(qū)，如圖7-25（a）所示。由于材料的加工硬化效應(yīng)，裂紋擴(kuò)展的阻力隨著裂紋的擴(kuò)展而提高，即只有增大應(yīng)力，裂紋才可能繼續(xù)擴(kuò)展。也就是說，裂紋開始擴(kuò)展，并不會立即導(dǎo)致失穩(wěn)而斷裂。所以材料的加工硬化指數(shù)n值越大，則裂紋不容易擴(kuò)展。此外，由于材料發(fā)生塑性變形，會使塑性區(qū)應(yīng)力重新分布而引起應(yīng)力松弛現(xiàn)象使得裂紋擴(kuò)展能力下降：裂尖處的應(yīng)力下降，塑性區(qū)擴(kuò)大及塑性區(qū)的應(yīng)力分布趨于均勻。即所謂的裂紋鈍化現(xiàn)象。微孔裂紋與塑性應(yīng)變量有關(guān)，其斷裂并非由最高應(yīng)力產(chǎn)生，而是在最大應(yīng)變處，即從裂紋尖端處開始。所以，若材料的塑性越佳即總伸長率越大，則在裂尖附近的塑性區(qū)材料可以承受較大的塑性變形而不會很快失穩(wěn)擴(kuò)展，即裂紋的擴(kuò)展受到抑制，斷裂受到推遲，破裂前允許的整體變形程度就大?！　」懿脑谝簤好浶芜^程中，由于受到雙向拉應(yīng)力的繃緊作用及液壓力的均勻作用，再加上材料的加工硬化效應(yīng)，使得材料的變形盡量趨于均勻（見第6章的壁厚偏差管及形狀偏差管的液壓脹形），從而延緩了裂紋的擴(kuò)展，這就是THF中變形的均勻化效應(yīng)。這種效應(yīng)在單向拉伸中卻遜色得多。

圖書封面

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