【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料的塑性成形，具体为一种金属材料的超塑成形极限的预测方法，更具体的，涉及一种基于有限元二次开发的金属材料的超塑成形极限的预测方法。
技术介绍
1、金属的超塑性是指某些材料在特定温度和应变率区间变形时，材料可以达到很大的伸长率而不发生断裂的性能。超塑成形的金属变形时伸长量通常在100％以上，甚至达到2000％以上。超塑成形是利用材料超塑性进行塑性成形的技术，通常被用于制造结构复杂、变形量大的零件。这项技术具有成形工序简单且无残余变形的特点，目前已经广泛地应用于医疗、汽车工业和航空航天工业中。
2、超塑成形工艺有两个阻碍其发展的因素，分别为高成形温度和低的变形速率，二者均会造成生产成本的增加。且对于特定的“神秘”合金，其超塑成形温度区间接近于900℃，这对设备升温、保温也提出了高要求。解决这一问题目前主要有材料改性和非最佳成形窗口变形两种思路，前者还处于探索阶段，对后者而言技术相对成熟。然而，在工艺设计阶段必须考虑非最佳成形工艺条件成形极限的问题。超塑成形主要的挑战之一就是提高生产效率，在保证构件结构完整性的同时，尽量缩短成形时间。为了实现这一目标，研究者已经尝试开发了用于工艺参数评估和设计的标准技术。目前，主要采用两种方法：(1)稳定性准则；(2)成形极限图。hart的稳定性准则，定义变形的稳定性是应变硬化系数和应变率灵敏度的函数，提出了与速率相关的材料行为拉伸试验理论，使用非均匀性增长来定义不稳定性的开始。chung和cheng扩展了这一方法，开发了一个流动局部化因子，提出了一个断裂准则，可用于设
技术实现思路
1、为解决现有技术存在的问题，本专利技术的主要目的是提出一种基于有限元二次开发的金属材料的超塑成形极限的预测方法。
2、为解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了如下技术方案：
3、一种基于有限元二次开发的金属材料的超塑成形极限的预测方法，包括如下步骤：
4、s1、获得金属材料的断裂应变信息和断裂方式信息；
5、s2、对金属材料进行有限元分析，确定金属材料成形的最大应变区域和应变值；
6、s3、以最大应变区域和应变值的分布作为依据，对其进行赋值并进行有限元二次开发；
7、s4、对金属材料成形过程再次进行有限元分析，根据内变量输出数值判断金属材料敏感区域是否会发生破坏，实现金属材料的超塑成形极限的预测。
8、作为本专利技术所述的一种基于有限元二次开发的金属材料的超塑成形极限的预测方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，断裂应变为高温拉伸试验中金属材料试样发生断裂的真应变。
9、作为本专利技术所述的一种基于有限元二次开发的金属材料的超塑成形极限的预测方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，断裂方式为高温拉伸试验中金属材料试样的不稳定性流动方式和伪脆性断裂方式。
10、作为本专利技术所述的一种基于有限元二次开发的金属材料的超塑成形极限的预测方法的优选方案，其中：所述步骤s2中，在abaqus cae软件中对超塑成形盒形件进行有限元分析，确定金属材料成形的最大应变区域和应变值。
11、作为本专利技术所述的一种基于有限元二次开发的金属材料的超塑成形极限的预测方法的优选方案，其中：所述步骤s3中，以步骤s2获得的最大应变区域和应变值作为临界应变值，与步骤s1中获得的断裂应变信息相比赋值，得到应变极限矩阵fl1。
12、作为本专利技术所述的一种基于有限元二次开发的金属材料的超塑成形极限的预测方法的优选方案，其中：所述步骤s3中，对断裂方式用分类函数进行表征，依据分类函数的计算结果赋值，得到断裂方式矩阵fl2。
13、作为本专利技术所述的一种基于有限元二次开发的金属材料的超塑成形极限的预测方法的优选方案，其中：所述步骤s3中，基于得到的应变极限矩阵fl1和断裂方式矩阵fl2，建立成形极限表征矩阵fl，式中，t为温度，为应变率；将作为内变量存储在abaqus cae子程序中嵌入有限元软件中，完成二次开发。
14、本专利技术的有益效果如下：
15、本专利技术提出一种基于有限元二次开发的金属材料的超塑成形极限的预测方法，获得金属材料的断裂应变和断裂方式信息，作为有限元二次开发的基础数据信息；对金属材料进行有限元分析，确定金属材料成形的最大应变区域和应变值；以最大应变区域和应变值的分布作为依据，对其进行赋值并进行有限元二次开发；对金属材料成形过程再次进行有限元分析，根据内变量输出数值判断金属材料敏感区域是否会发生破坏，实现金属材料的超塑成形极限的预测。由于本专利技术并不关注不稳定性流动表征量与应变之间的关系，单纯观测极限应变的变化，将问题简单化，具有更高的可靠性。同时本专利技术首先对金属材料在不同变形温度、应变率时的断裂特征进行分析，根据其分布特征进行表征，对表征的结果进行二次开发来判断断裂类型。本专利技术可以有效地解决断裂类型难以确定的问题，为超塑成形过程提高金属材料成形极限工艺提供理论指导。
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1.一种基于有限元二次开发的金属材料的超塑成形极限的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于有限元二次开发的金属材料的超塑成形极限的预测方法，其特征在于，所述步骤S1中，断裂应变为高温拉伸试验中金属材料试样发生断裂的真应变。
3.根据权利要求1所述的基于有限元二次开发的金属材料的超塑成形极限的预测方法，其特征在于，所述步骤S1中，断裂方式为高温拉伸试验中金属材料试样的不稳定性流动方式和伪脆性断裂方式。
4.根据权利要求1所述的基于有限元二次开发的金属材料的超塑成形极限的预测方法，其特征在于，所述步骤S2中，在ABAQUS CAE软件中对超塑成形盒形件进行有限元分析，确定金属材料成形的最大应变区域和应变值。
5.根据权利要求1所述的基于有限元二次开发的金属材料的超塑成形极限的预测方法，其特征在于，所述步骤S3中，以步骤S2获得的最大应变区域和应变值作为临界应变值，与步骤S1中获得的断裂应变信息相比赋值，得到应变极限矩阵FL1。
6.根据权利要求5所述的基于有限元二次开发的金属材料的超塑成形极限的预
7.根据权利要求6所述的基于有限元二次开发的金属材料的超塑成形极限的预测方法，其特征在于，所述步骤S3中，基于得到的应变极限矩阵FL1和断裂方式矩阵FL2，建立成形极限表征矩阵FL，将作为内变量存储在ABAQUSCAE子程序中嵌入有限元软件中，完成二次开发。
...【技术特征摘要】
1.一种基于有限元二次开发的金属材料的超塑成形极限的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于有限元二次开发的金属材料的超塑成形极限的预测方法，其特征在于，所述步骤s1中，断裂应变为高温拉伸试验中金属材料试样发生断裂的真应变。
3.根据权利要求1所述的基于有限元二次开发的金属材料的超塑成形极限的预测方法，其特征在于，所述步骤s1中，断裂方式为高温拉伸试验中金属材料试样的不稳定性流动方式和伪脆性断裂方式。
4.根据权利要求1所述的基于有限元二次开发的金属材料的超塑成形极限的预测方法，其特征在于，所述步骤s2中，在abaqus cae软件中对超塑成形盒形件进行有限元分析，确定金属材料成形的最大应变区域和应变值。
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊宙，胡平，王快社，王先俊，王世臣，王智轩，邢海瑞，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：
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