[发明专利]一种交变载荷下基于3D本构模型摆辗效应分析方法

权利要求书

1.一种交变载荷下基于3D本构模型摆辗效应分析方法，其特征在于，所述交变载荷下基于3D本构模型摆辗效应分析方法，利用MATLAB软件对振动摆动辗压粘弹塑性本构模型进行3D体积效应和表面效应分析，通过多参数耦合模拟振动摆动辗压过程中的接触边界对三维接触问题进行描述；利用弹性力学中的广义胡克定律及塑性力学中的增量理论分别推导了粘弹性空间矩阵及粘塑性空间矩阵，并以此建立振动摆动辗压成形中的表面效应分析模型；通过提出合理的假设，对在不同振型参数下的振动摆动辗压模型进行有限元模拟分析及表面效应分析。

2.如权利要求1所述的交变载荷下基于3D本构模型摆辗效应分析方法，其特征在于，所述交变载荷下基于3D本构模型摆辗效应分析方法包括以下步骤：

(1)利用三维本构模型，建立在不同振动信号下振动摆辗系统的的三维粘弹塑性模型的显示表达式；

(2)确定有关的工艺参数和振动参数，并结合塑性变形应力应变假设，找到工艺参数和振形参数的最佳匹配方案；

(3)通过多参数耦合机制，对模型本构关系、边界条件、载荷条件进行归纳总结，从而进一步研究其3D成形机理；

(4)根据理论研究确定振动辗压成形工艺参数、振型参数等，组织实验，在线检测成形各参数，以此验证前期的理论研究并对其进一步修正完善；

(5)通过MATLAB及MARC对模型进行分析及计算。

3.如权利要求1所述的交变载荷下基于3D本构模型摆辗效应分析方法，其特征在于，所述粘弹性空间矩阵[D]的推导过程为：

在粘弹塑性本构模型的粘弹性部分，弹性部分和粘性部分并联，在所有时刻，两个部分的伸长ε始终是相同的，总作用力σ被分为σ'(弹性)和σ(粘性)；

弹性应力σ′_e＝Eε_e

粘性应力

弹性总应力

设有初始条件ε(0)＝0，联立方程可求得：

在三维粘弹本构模型中，对于各向同性材料，当变形很小且在线弹性范围内，线应变只与正应力有关，而与切应力无关，切应力只与切应变有关而与正应力无关，这样可得：

把上式写成矩阵形式，为

简记为：{ε}＝[D]^-1{σ}变换可得：{σ}＝[D]·{ε}

即粘弹性空间矩阵[D]为

4.如权利要求1所述的交变载荷下基于3D本构模型摆辗效应分析方法，其特征在于，粘塑性空间矩阵[D]^p推导过程为：

材料到达塑性后，忽略弹性变形部分，即得总应变等于塑性应变，即材料符合刚塑性模型，即dε＝dε^e+dε^p≈dε^p；

得到粘塑性空间矩阵方程为式：

5.如权利要求1所述的交变载荷下基于3D本构模型摆辗效应分析方法，其特征在于，采用位移加载的方式进行有限元模拟，加载的位移历程如下式所示：

(1)普通摆动辗压时的位移加载历程：

(2)振动摆动辗压时的位移加载历程：

式中，U-加载位移(mm),t-加载时间(s),A-振幅(mm),f-振动频率(Hz),n-摆头转速(r/min),S-每转进给量(mm/r)。