鋁合金材料性能研究范文

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《鋁加工》2017年第5期

摘要:已知不同牌號(hào)的鋁材料特性曲線符合同一類(lèi)型函數(shù)關(guān)系式，基于室溫恒速度法金屬拉伸試驗(yàn)法，以6082鋁材作為研究對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到該類(lèi)鋁材應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系通用函數(shù)式，并比較平行于纖維方向與垂直于纖維方向的材料性能。

關(guān)鍵詞:鋁合金；金屬拉伸試驗(yàn)；通用函數(shù)式；材料性能

當(dāng)前CAE分析已廣泛成熟地應(yīng)用在各工業(yè)領(lǐng)域，CAE分析部門(mén)也是許多企業(yè)的重要部門(mén)。在針對(duì)某款產(chǎn)品的CAE分析過(guò)程中，材料的力學(xué)性能參數(shù)是必不可少的。例如某公司在對(duì)其產(chǎn)品———一種汽車(chē)懸架控制臂進(jìn)行剛強(qiáng)度分析時(shí)，就需要用到控制臂原材料鋁6082的力學(xué)性能參數(shù)，包括彈性模量、泊松比、應(yīng)力—應(yīng)變曲線等。已知同種類(lèi)型不同牌號(hào)的材料其材料性能參數(shù)往往是不同的。在實(shí)際生產(chǎn)中若對(duì)每一種不同規(guī)格牌號(hào)的材料都進(jìn)行一次全面測(cè)定，其工作量大，工作周期長(zhǎng)，往往難以在規(guī)定時(shí)期內(nèi)給出材料的各項(xiàng)性能參數(shù)，從而影響工作進(jìn)程。現(xiàn)通過(guò)對(duì)比已知不同牌號(hào)的鋁材料特性曲線，發(fā)現(xiàn)其曲線符合同類(lèi)型的函數(shù)關(guān)系式。那么若已知某牌號(hào)鋁材料特性曲線的函數(shù)關(guān)系式，在對(duì)該鋁材料其他牌號(hào)鋁材料進(jìn)行測(cè)定時(shí)，只需測(cè)定某些關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)，代入該類(lèi)型函數(shù)，即可得到其函數(shù)表達(dá)式，這種方法大大加快了測(cè)定速度，縮短了試驗(yàn)周期。目前因?qū)嶋H生產(chǎn)需要，需知某類(lèi)鋁材料的函數(shù)類(lèi)型，故擬采用上述思路，先獲取某一牌號(hào)鋁材料的應(yīng)力—應(yīng)變函數(shù)關(guān)系式。根據(jù)實(shí)際條件現(xiàn)選取AL6082作為實(shí)驗(yàn)材料。

1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

金屬材料的基本力學(xué)性能采用靜態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)獲取較為準(zhǔn)確。根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件筆者采用室溫恒速度拉伸實(shí)驗(yàn)方法［1］。

1.1實(shí)驗(yàn)試樣

試樣的尺寸、形狀主要由其產(chǎn)品的形成和尺寸所決定。一般而言，其橫截面可以為矩形、圓形、環(huán)形等。其橫截面積S0與原始標(biāo)距L0的關(guān)系滿足公式L0=kS槡0。比例系數(shù)k通常取為5．65。根據(jù)圖1試樣示意圖《金屬材料拉伸試驗(yàn)方法》(GB/T228．1－2010)及實(shí)際工程情況，確定試樣截面為圓形。

1．2試樣取材

因金屬材料的力學(xué)性能與材料纖維方向有關(guān)，平行纖維方向與垂直纖維方向往往不同。故對(duì)一直徑為103mm長(zhǎng)度為176mm的AL6082棒料分別進(jìn)行兩個(gè)方向的取樣。

1.3實(shí)驗(yàn)儀器

島津AG－IC100材料試驗(yàn)機(jī)、游標(biāo)卡尺。

2實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2．1夾緊力影響分析

圓截面試樣在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中兩端被夾緊，根據(jù)已知，其表面壓強(qiáng)約為64MPa。為確定夾緊力對(duì)試樣變形產(chǎn)生的影響，通過(guò)CAE分析，大致確定了其影響程度。本文采用Hypermesh對(duì)試樣進(jìn)行夾緊力引起試圖5網(wǎng)格劃分樣標(biāo)距段變形的影響［5］。首先對(duì)試樣進(jìn)行三維建模，后劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格類(lèi)型C3D4，數(shù)量12094。

2．2實(shí)驗(yàn)操作

本試驗(yàn)選擇的拉伸速度為2mm/min。首先準(zhǔn)備好試樣，后選擇合適的夾具及附件。其次對(duì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)清零，并輸入當(dāng)前試樣材質(zhì)及尺寸。之后夾好試樣，運(yùn)行軟件并開(kāi)啟送油閥，開(kāi)始測(cè)試。

3數(shù)據(jù)分析

3．1真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變值計(jì)算

工程應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值并不能準(zhǔn)確反映材料在塑性變形階段的力學(xué)特征，故需要計(jì)算真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變值［2］。

3．2數(shù)據(jù)擬合與結(jié)論

先對(duì)平行與纖維方向40份數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。通過(guò)觀察試樣真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)可知，在拉伸的初始階段所得數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)不穩(wěn)定，這是由于變形量小于設(shè)備測(cè)量精度所致，故須選擇穩(wěn)定數(shù)據(jù)用于擬合。而對(duì)某一試樣取全部數(shù)據(jù)擬合既無(wú)必要也會(huì)因擬合難度大而出現(xiàn)較大誤差。故在數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)穩(wěn)定點(diǎn)至最大拉力點(diǎn)(即抗拉強(qiáng)度點(diǎn))間，等間隔取數(shù)據(jù)用于函數(shù)擬合［3］。擬合軟件采用Matlab，得40個(gè)擬合函數(shù)。

4結(jié)束語(yǔ)

1)經(jīng)過(guò)試樣設(shè)計(jì)，試樣規(guī)格合理性有限元分析等步驟完成了6082鋁材料的拉伸試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，最終擬合得到一個(gè)此類(lèi)鋁材的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系通用函數(shù)式。

2)就此類(lèi)鋁材而言，平行纖維方向與垂直于纖維方向材料性能有較大差異，平行方向性能強(qiáng)于垂直方向。

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作者：張志斌；危宇 單位：浙江工業(yè)大學(xué)