[发明专利]物理实验与数值模拟相结合预测金属挤压成形开裂的方法

权利要求书

1.物理实验与数值模拟相结合预测金属挤压成形开裂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、对金属进行热拉伸试验，然后选择Normalized Cockcroft&Latham损伤模型计算，得到金属的临界损伤值；

步骤二、将步骤一中得到的金属的临界损伤值进行模拟验证；

步骤三、将经模拟验证后的金属的临界损伤值嵌入金属挤压有限元模型中，对金属挤压成形过程中的开裂现象进行预测。

2.根据权利要求1所述的物理实验与数值模拟相结合预测金属挤压成形开裂的方法，其特征在于，步骤一中所述得到金属的临界损伤值的过程具体如下：

步骤101、制备金属样品；所述金属样品沿中心向两端产生锥度；

步骤102、将步骤101中制备的金属样品在给定条件下进行热拉伸试验，并通过热拉伸试验机自动采集热拉伸试验数据并以表格形式输出，然后根据输出的热拉伸试验数据绘制金属样品的工程应力应变曲线，定义金属样品的工程应力应变曲线的峰值应力为最终拉伸强度σ_UTS；

步骤103、将步骤102中得到的金属样品的工程应力应变曲线进行一次修正，得到金属样品的真实应力应变曲线，金属样品的真实应力Y和金属样品的真实应变E分别为：

其中，P为拉伸载荷，单位为N，A为加载瞬间的金属样品中心的横断面积，单位为mm²，A₀为金属样品中心的原始横断面积，单位为mm²；

为了清除金属样品在非均匀塑性变形阶段形状硬化的影响，将金属样品的真实应力应变曲线进行再次修正，得到修正后的金属样品的真实应力应变曲线，金属样品的实际应力Y′为：

Y′＝Y/[(1+2R/a)ln(1+a/2R)]

其中，Y′的单位为MPa，R为金属样品颈缩处外轮廓的曲率半径，单位为mm，a为金属样品颈缩处截断面的直径，单位为mm；

步骤104、基于步骤103中得到的修正后的金属样品的真实应力应变曲线，选择Normalized Cockcroft&Latham损伤模型并进行简化，以真应变ε₁代替等效应变最终拉伸强度σ_UTS代替等效应力计算金属在给定条件下的临界损伤值C：

其中，ε_F为断裂时的等效应变；σ₁为拉伸时的最大主应力，单位为MPa。

3.根据权利要求2所述的物理实验与数值模拟相结合预测金属挤压成形开裂的方法，其特征在于，步骤二中所述金属的临界损伤值进行模拟验证的具体过程如下：

步骤201、通过二维作图软件建立金属样品的几何模型，然后导入有限元软件中；

步骤202、将步骤103中得到的修正后的真实应力应变曲线导入步骤201中的有限元软件中，然后设置金属样品热传导系数、对流系数、摩擦系数、金属样品边界应变速率和临界损伤值，同时选择Normalized Cockcroft&Latham损伤模型，对金属样品在步骤102中所述给定条件下的热拉伸过程进行模拟；

步骤203、比较步骤102中采集的热拉伸试验数据中的金属样品最小横截面变化规律和步骤202中模拟过程中金属样品最小横截面变化规律，验证临界损伤值的准确性。

4.根据权利要求3所述的物理实验与数值模拟相结合预测金属挤压成形开裂的方法，其特征在于，步骤三中所述对挤压过程的开裂现象进行预测的具体过程如下：

步骤301、重复步骤101～104中得到金属的临界损伤值的工艺和步骤二中的步骤201～203的模拟验证工艺，得到金属在不同热拉伸试验条件下的临界损伤值并进行模拟验证；

步骤302、建立金属挤压有限元模型，然后将步骤301中得到的经模拟验证后的金属的临界损伤值带入金属挤压有限元模型，对金属挤压成形过程中的开裂现象进行预测。

5.根据权利要求1所述的物理实验与数值模拟相结合预测金属挤压成形开裂的方法，其特征在于，根据步骤三中对金属挤压成形过程中的开裂现象的预测的结果，对金属挤压成形工艺进行优化，得到表面光滑、内部无裂纹的挤压件。