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铝合金材料性能研究

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《铝加工》2017年第5期

摘要:已知不同牌号的铝材料特性曲线符合同一类型函数关系式,基于室温恒速度法金属拉伸试验法,以6082铝材作为研究对象进行实验。分析实验数据拟合得到该类铝材应力应变关系通用函数式,并比较平行于纤维方向与垂直于纤维方向的材料性能。

关键词:铝合金;金属拉伸试验;通用函数式;材料性能

当前CAE分析已广泛成熟地应用在各工业领域,CAE分析部门也是许多企业的重要部门。在针对某款产品的CAE分析过程中,材料的力学性能参数是必不可少的。例如某公司在对其产品———一种汽车悬架控制臂进行刚强度分析时,就需要用到控制臂原材料铝6082的力学性能参数,包括弹性模量、泊松比、应力—应变曲线等。已知同种类型不同牌号的材料其材料性能参数往往是不同的。在实际生产中若对每一种不同规格牌号的材料都进行一次全面测定,其工作量大,工作周期长,往往难以在规定时期内给出材料的各项性能参数,从而影响工作进程。现通过对比已知不同牌号的铝材料特性曲线,发现其曲线符合同类型的函数关系式。那么若已知某牌号铝材料特性曲线的函数关系式,在对该铝材料其他牌号铝材料进行测定时,只需测定某些关键点数据,代入该类型函数,即可得到其函数表达式,这种方法大大加快了测定速度,缩短了试验周期。目前因实际生产需要,需知某类铝材料的函数类型,故拟采用上述思路,先获取某一牌号铝材料的应力—应变函数关系式。根据实际条件现选取AL6082作为实验材料。

1实验设计

金属材料的基本力学性能采用静态拉伸实验获取较为准确。根据现有的实验条件笔者采用室温恒速度拉伸实验方法[1]。

1.1实验试样

试样的尺寸、形状主要由其产品的形成和尺寸所决定。一般而言,其横截面可以为矩形、圆形、环形等。其横截面积S0与原始标距L0的关系满足公式L0=kS槡0。比例系数k通常取为5.65。根据图1试样示意图《金属材料拉伸试验方法》(GB/T228.1-2010)及实际工程情况,确定试样截面为圆形。

1.2试样取材

因金属材料的力学性能与材料纤维方向有关,平行纤维方向与垂直纤维方向往往不同。故对一直径为103mm长度为176mm的AL6082棒料分别进行两个方向的取样。

1.3实验仪器

岛津AG-IC100材料试验机、游标卡尺。

2实验过程

2.1夹紧力影响分析

圆截面试样在实验过程中两端被夹紧,根据已知,其表面压强约为64MPa。为确定夹紧力对试样变形产生的影响,通过CAE分析,大致确定了其影响程度。本文采用Hypermesh对试样进行夹紧力引起试图5网格划分样标距段变形的影响[5]。首先对试样进行三维建模,后划分网格,网格类型C3D4,数量12094。

2.2实验操作

本试验选择的拉伸速度为2mm/min。首先准备好试样,后选择合适的夹具及附件。其次对软件进行数据清零,并输入当前试样材质及尺寸。之后夹好试样,运行软件并开启送油阀,开始测试。

3数据分析

3.1真实应力应变值计算

工程应力应变数值并不能准确反映材料在塑性变形阶段的力学特征,故需要计算真实应力应变值[2]。

3.2数据拟合与结论

先对平行与纤维方向40份数据进行拟合。通过观察试样真实应力应变数据可知,在拉伸的初始阶段所得数据变化趋势不稳定,这是由于变形量小于设备测量精度所致,故须选择稳定数据用于拟合。而对某一试样取全部数据拟合既无必要也会因拟合难度大而出现较大误差。故在数据变化趋势稳定点至最大拉力点(即抗拉强度点)间,等间隔取数据用于函数拟合[3]。拟合软件采用Matlab,得40个拟合函数。

4结束语

1)经过试样设计,试样规格合理性有限元分析等步骤完成了6082铝材料的拉伸试验,并对试验数据进行分析计算,最终拟合得到一个此类铝材的应力应变关系通用函数式。

2)就此类铝材而言,平行纤维方向与垂直于纤维方向材料性能有较大差异,平行方向性能强于垂直方向。

参考文献

[1]谢晓芳.风力发电叶片用复合材料性能测试标准[J].玻璃钢/复合材料,2012(4):91-94.

[2]刘峻,高建和.集装箱塑料底板材料性能测试[J].机械制造与自动化,2013,42(4):98-100.

[3]程鹏志,郎利辉,葛宇龙,等.力约束管材自由胀形试验研究与材料性能测试[J].北京航空航天大学学报,2015,41(4):686-692.

[4]许雪峰,李娟,张杰刚,等.基于最大m值法的商用5083铝合金材料性能测试[J].热加工工艺,2013,42(10):71-73.

[5]王玉栋,金磊,洪清泉.HyperMesh&HyperView应用技巧与高级实例[M].北京:机械工业出版社,2012:151-161.

[6]陈海燕.Abaqus有限元分析从入门到精通[M].北京:电子工业出版社,2015:130-135.

作者:张志斌;危宇 单位:浙江工业大学

铝加工杂志责任编辑:张雨    阅读:人次