International Journal of Plasticity发表我院在材料内部空洞变形方面的研究成果

2015/10/23 9:47:47

力学与塑性加工领域的顶尖期刊International Journal of plasticity于2015年9月刊登了上海交通大学塑性成形技术与装备研究院崔振山教授课题组的最新研究成果“A 3-D model for void evolution in viscous materials under large compressive deformation”。崔教授指导的博士生冯超同学通过对包含空洞的代表体元模型进行分析计算，建立了考虑空洞形状和载荷方向影响的三维空洞演化模型，实现了大尺寸零件成形过程中内部微小空洞型缺陷演化的预测。

特大型钢锭由于凝固过程的不可控，常形成缩孔疏松型缺陷。钢锭锻造的一个重要目的是通过施加合适的应力与变形状态促使空洞闭合，以提高材料的致密性和连续性。多孔材料的内部空洞在变形过程中的演化与空洞形状有关，本文致力于建立椭球形空洞在变形应力作用下的体积与形貌演化方程，为通过塑性变形使材料致密并改善材料性能提供计算方法。

论文首先基于Eshelby的方法建立了线性黏性材料中的空洞在变形过程中的演化模型。针对非线性黏性材料，对包含空洞的三维代表体元模型在不同受力状态下的体元内部速度场分布进行了有限元计算，据此建立了空洞形状变化与体元外部应力应变状态之间的关系。分析了空洞形状与体积变化与体元边界应力偏张量和球张量的关系，建立了复杂应力状态下增量形式的空洞三维演化模型。将该空洞演化模型嵌入有限元模拟软件，预测了大型铸锭开坯时多道次拔长、镦粗等过程中材料内部微小空洞的演化与闭合情况，也预测了板坯轧制过程的空洞变化。该方法也适用于一般多孔材料空洞型缺陷变化的计算。

图1 宏观材料与包含微小空洞的三维代表体元模型，用于描述宏观应力作用下微小空洞的变形状态。

图2 空洞形状变化率与偏应力、球应力及等效应变速率之间的关系

图3 应用空洞演化模型对特大型钢锭拔长过程中的空洞体积演化进行预测，并与带有内置空洞形状的有限元模拟结果进行对比

图4 应用空洞模型预测轧制过程中的空洞体积演化

作者: 尚晓晴