流体径向冲击高效可控精密下料过程动态断裂力学行为的研究

金属棒料的下料是工业生产中最基本的工序之一，棒料的高效精密下料方法及其动态断裂力学行为研究是当今的热点研究问题。本课题依托申请者拥有的棒料新型下料已授权的发明专利技术，以及相应的计算机控制下料试验装置，建立预制有环形槽的棒料在悬臂支撑、不同方位径向流体冲击力作用下的力学模型，获得包含不同工艺参数下棒料环形槽断面处裂纹萌生的载荷计算公式，以及动态裂纹扩展速率的计算公式。基于ABAQUS软件平台研发出该新型下料过程的动态断裂力学数值模拟平台，通过数值模拟获得不同材质、棒料几何参数、载荷历程、加载频率、力作用方位与次序对棒料环形槽根部裂纹萌生速率、裂纹起裂方向、裂纹扩展速度、扩展方向、下料断面质量与下料效率的影响规律。在所研制的径向流体冲击力可控下料机上进行大量的下料试验研究工作，并应用试验结果完善相应的动态断裂力学理论，揭示棒料低周循环疲劳裂纹扩展机理，获得裂纹快速萌生及可控扩展的合理工艺参数

金属棒料的下料是工业生产中最基本的工序之一，棒料的高效精密下料方法及其动态断裂力学行为研究是当今的热点研究问题。本课题依托已授权的棒料新型下料发明专利技术，以及研制的计算机控制下料试验装置，采用理论计算、数值模拟和试验研究相结合的方法，对流体径向冲击高效可控精密下料过程的动态断裂力学行为进行了全面系统的研究：建立了预制有环形“V”槽的棒料在悬臂支撑、不同方位径向流体冲击力作用下的力学模型，研究了环形“V”槽根部的应力场特性，确定出金属棒料下料时高效精密兼顾的环形“V”槽；建立了金属材料的的塑性损伤本构模型，基于开发的用户材料子程序，通过数值仿真对不同工艺参数下的起裂损伤特性进行了分析；应用动态断裂力学与疲劳断裂的相关理论，揭示了包括缺口根部微结构裂纹萌生载荷及疲劳裂纹的起裂载荷、瞬断载荷、起裂方向和扩展速率在内的低周弯曲疲劳断裂机理，并根据设计制造的流体径向冲击下料实验装置，建立了下料过程中气缸的流体动力学模型。在所研制的径向流体冲击式下料系统上进行大量的下料试验研究工作，并应用试验结果完善相应的动态断裂力学理论，获得裂纹快速萌生及可控扩展的合理工艺参数。