利用模型预测和优化多相各向异性TiB2增强钢复合材料的力学性能
《机械工程材料》2017年第41卷第1期
基于Mori-Tanaka均匀化方法及Eshelby等效夹杂理论建立了解析计算模型，用以预测多相各向异性TiB2增强钢复合材料的力学性能，并系统研究了增强体的长径比、体积分数和取向对复合材料横向和纵向弹性模量的影响。结果表明：建立的模型可以准确预测多种不同金属基复合材料的弹性模量；大的长径比可以显著提高TiB2增强钢复合材料的纵向弹性模量，且只造成横向弹性模量少量损失；增强相体积分数与弹性模量呈正相关；纵向弹性模量随着增强体排列方向与载荷方向之间夹角的增大而先增大后减小。
 
不同晶粒尺寸和晶向分布多晶硅片弯曲应力的有限元模拟
《机械工程材料》2017年第41卷 第1期
采用光致发光晶向识别技术分辨多晶硅片晶向的分布情况，通过纳米压痕试验测试多晶硅片在不同晶向上的弹性模量;然后利用有限元方法建立包含晶粒尺寸和晶向分布信息的多晶硅片有限元模型，将纳米压痕试验测得的不同晶向的弹性模量带入此模型，模拟得到了不同晶粒尺寸和晶向分布下多晶硅片的弯曲应力，最后通过三点弯曲试验对模拟结果进行了验证结果表明：多晶硅片在不同晶向上的弹性模量和硬度不同;晶向分布会影响多晶硅片的最大弯曲应力和最大挠度的位置，晶粒形状会影响多晶硅片的最大弯曲应力;减小晶粒尺寸可以降低多晶硅片的最大弯曲应力;三点弯曲试验验证了所建模型的正确性。
 
不同变形量下20CrNi2Mo钢的热压缩变形行为
《机械工程材料》 2017年第41卷第1期
在相变仪上对20CrNi2Mo钢进行热模拟压缩试验，研究了其在840℃时不同变形量（0~50%）下的热压缩变形行为，并分析了它的显微组织和硬度。结果表明：20CrNi2Mo钢流变应力曲线呈现出明显的动态再结晶特征；当变形量达到10%时，会发生动态再结晶；随着变形量增加，晶粒逐渐细化，之后尺寸基本保持稳定，当变形量达到50%时，进入完全再结晶状态；随着变形量逐渐增大，马氏体板条束逐渐细化，残余奥氏体含量降低；当变形量由10%增至20%时，硬度显著增大，而后趋于稳定。
 
不同冷速下Q1100高强钢焊接热影响区粗晶区的组织转变特征
《机械工程材料》 2017年第41卷第1期
利用Gleeble-3500型热模拟试验机对Q1100高强钢的焊接过程进行模拟，采用热膨胀法结合显微组织与硬度测试，绘制了该钢的模拟热影响区连续冷却转变曲线（SHCCT曲线），研究了不同冷却速率下焊接热影响区粗晶区的组织转变特征和硬度变化规律。结果表明：在模拟焊接条件下，该钢的奥氏体化温度明显高于平衡状态下的奥氏体化温度；当冷却速率低于2℃·s-1时，热影响区粗晶区为全贝氏体组织；当冷却速率为2~12℃·s-1时，热影响区粗晶区为贝氏体和马氏体的混合组织；当冷却速率超过12℃·s-1时，热影响区粗晶区得到全马氏体组织；随着冷却速率增加，焊接热影响区粗晶区的硬度逐渐增大。
 
P92钢多轴蠕变本构模型的建立及验证 
《机械工程材料》 2017年第41卷第2期
在650℃，120?145MPa条件下对P92钢光滑试样和双缺口试样进行了蠕变试验，基于刘村村和诺顿贝利本构模型，建立了一种修正的蠕变本构模型并加以验证;在此基础上，明确模型常数的确定方法，并对P92钢光滑试样和双缺口试样的蠕变行为进行了模拟结果表明：修正后的模型可以有效地模拟P92钢650 ℃蠕变的三个阶段，缓解了传统Kachanov-Robotnov（KR）模型对网格敏感性的问题;双缺口试样的蠕变断裂寿命均远大于相同条件下光滑试样的，即存在缺口增强效应，且缺口锐度越大，缺口增强效应越明显;损伤量与多轴度之间存在正相关性。
 
热压缩参数对M50NiL轴承钢动态再结晶行为的影响
《机械工程材料》2017年第41卷第3期
通过热压缩模拟试验研究了变形温度、变形量和应变速率对M50NiL轴承钢动态再结晶行为的影响。结果表明：变形温度低于900℃时，不会发生动态再结晶；温度升高到1 000℃时，再结晶进行得不充分，形成了混晶组织；当温度达到1 100℃时，动态再结晶完成充分，得到了细小均匀的等轴晶；温度升高到1 200℃时，晶粒有粗化的倾向；在变形温度为1 100℃和应变速率为10 s-1的条件下，随着变形量增加，动态再结晶形核率逐渐提高，当变形量增大到60%时，动态再结晶完成充分；在变形温度为1 100℃和变形量为60%的条件下，随着应变速率增大，动态再结晶形核率提高，当应变速率为20 s-1时，动态再结晶全部完成，得到细小、均匀分布的等轴晶。
 
Q235钢薄板单点增量成形延性破损的有限元模拟
《机械工程材料》2017年第41卷第3期
将损伤力学中的破损应变、三轴应力和应变比等参数作为Q235钢薄板出现延性破损的标准，以成形圆锥台件为例，运用ABAQUS有限元软件对Q235钢薄板单点增量成形的延性破损进行了有限元模拟，并进行了相关的试验验证。结果表明：在Q235钢薄板的成形区域上，板料的厚度分布不均匀；圆锥台件底部和顶部的厚度变化率呈对称分布，中部的厚度最薄，是最易出现延性破损的区域；模拟结果能较准确地预测出Q235钢薄板发生延性破损的位置，试验结果证明了所建有限元模型的正确性。

镁合金铸轧板坯中心线偏析的形成与抑制
《机械工程材料》2017年第41卷第3期
采用光学显微镜、扫描电镜等分析了镁合金铸轧板坯中心线偏析区域的显微组织与微区成分；用有限差分法模拟了镁合金铸轧过程中的凝固传热与流动过程；在此基础上分析了镁合金铸轧板坯中心线偏析的形成原因与抑制方法。结果表明：中心线偏析区域的铝、锌溶质元素富集，锰元素在该区域内贫化，该区域的显微组织由细小均匀的等轴晶组成；在铸轧过程中，镁合金熔体在轧辊表面形核，并沿传热方向形成发达的柱状晶，凝固界面发生溶质再分配，溶质在凝固前沿特别是在全凝固点富集，在后续轧制变形过程中形成中心线偏析；铸轧速度显著影响铸轧凝固传热与流动过程，调整铸轧速度将全凝固点位置控制在合理位置时，可利用供液端过热镁合金熔体引起的强迫流动，改善镁合金铸轧凝固过程中的溶质扩散条件，从而抑制中心线偏析的形成。
 
碳锰钢等温退火热处理后拉伸性能数学模型的建立
《机械工程材料》2017年第41卷第3期
采用热力模拟试验机对碳质量分数为0.159 1%的碳锰钢冷轧板进行了不同温度和时间的等温退火热处理，对热处理后的拉伸性能进行了测试，依据加权方法建立了分段拉伸性能数学模型，并进行了验证。结果表明：试验钢的屈服强度随等温温度的升高及保温时间的延长而降低，抗拉强度总体上随等温温度升高和保温时间而降低，但变化规律较复杂；伸长率的变化趋势与强度的变化趋势相反；建立的数学模型具有较好的精度，计算得到的屈服强度、抗拉强度和伸长率与试验值的相对误差分别为3.93%，3.21%和19.91%。
 
基于有限元法的7050铝合金厚板淬火硬度模拟
《机械工程材料》2017年第41卷第3期
将基于铝合金析出动力学的淬火因子分析（QFA）方法与有限元分析方法相结合，先计算了7050铝合金厚板喷淋淬火过程的淬火敏感因子，然后对末端淬火试样的硬度进行了有限元模拟，分析了板厚和喷水压力对淬火硬度的影响，最后用末端淬火试验对模拟结果进行了验证。结果表明：喷水压力的下降会造成淬火后合金板硬度的下降，板的厚度越大，喷水压力的影响程度越弱；对于厚度较薄（50 mm）的板材，淬透效果与喷水压力密切相关，喷水压力从500 kPa降低至10 kPa时，其心部硬度会下降1.8%；喷水压力对厚度超过100 mm的板材淬透效果的影响有限，喷水压力从500 kPa降低至10 kPa时，心部硬度的下降小于0.5%。
 
低成本超高强钛合金的热变形行为与锻造工艺的确定
《机械工程材料》 2017年第41卷第3期
通过使用廉价合金元素铁、碳替代昂贵的钒元素制备了低成本超高强钛合金Ti-xFe-3Al（x=7，10，12），利用Gleeble-3500型热模拟试验机研究该合金的热变形行为，在此基础上确定了该合金的锻造工艺。结果表明：Ti-xFe-3Al合金在850℃、10 s-1应变速率下变形时，应力-应变曲线的平台阶段较为平稳，且流变应力在400 MPa以下，符合实际锻造生产条件；Ti-xFe-3Al合金较佳的精锻温度为（850±20）℃；锻态合金中无剪切组织，且抗拉强度高于1 200 MPa。
 
厚壁316LN不锈钢管焊接接头中残余应力的有限元模拟
《机械工程材料》2017年第41卷第3期
采用有限元模拟的方法，对厚壁316LN不锈钢管焊接接头中的焊接残余应力进行研究，分析了焊道合并对模拟结果的影响，并采用X射线应力测试对模拟结果进行了验证。结果表明：在考虑钢管初始应力的条件下，模拟结果与实测结果吻合；轴向残余拉应力主要出现与盖面焊道毗邻的钢管外壁以及最后一道盖面焊道下方，其中钢管焊接在工装上、受工装拘束较大的管道一侧，拉应力数值和范围都较大；焊道合并简化对残余压应力的分布和数值影响较大，对主要分布在盖面焊道附近的残余拉应力的影响较小；选择合适的简化模型可以在保证较高计算准确度的同时缩短计算耗时，可用于大型焊接结构残余应力场的模拟。
 
新型CHDG-A06奥氏体不锈钢的热变形行为
《机械工程材料》2017年第41卷第3期
采用Gleeble-3500型热力模拟试验机对新型CHDG-A06奥氏体不锈钢进行单道次压缩试验，研究了其在变形温度为950~1 100℃、应变速率为0.01~1 s-1条件下的热变形行为，并对变形后的显微组织进行了观察；根据试验钢的应力-应变曲线，通过线性回归建立了它的高温热变形本构模型。结果表明：在热变形过程中，变形温度和应变速率对流变应力的影响显著，流变应力随着变形温度的升高或应变速率的降低而降低；动态再结晶易发生在较低应变速率（≤0.1 s-1）或较高变形温度（≥1 050℃）下；利用峰值应力求得该钢的双曲线正弦本构方程，并得到其热变形激活能为453.674 4 kJ·mol-1。
 
带肋板齿轮坯闭式热精锻成形工艺的数值模拟改进
《机械工程材料》2017年第41卷第3期
针对某带肋板齿轮坯在原闭式热精锻成形工艺方案下充填不饱满的问题，借助Deform-3D软件模拟锻造成形过程中的金属流动情况，得出成形锻件在原工艺方案下不能充满的原因，在此基础上进行了工艺改进，并进行了试验验证。结果表明：原工艺因变形量过大，打击能量消耗过快，导致成形后期打击力不足，金属不能充满模具型腔；提出了增加预锻工序的改进闭式热精锻成形工艺，数值模拟结果显示改进工艺下的锻件充填饱满，未见锻造缺陷；试验结果与数值模拟结果吻合度较高。
 
镁/钛异种金属冷金属过渡焊接头应力场的有限元模拟 
《机械工程材料》2017年第41卷第5期
利用ABAQUS有限元软件建立了镁/钛异种金属冷金属过渡焊接头的有限元模型，对焊接过程中接头的应力场进行了有限元模拟，分析了不同的焊接参数和约束条件下应力场的变化规律，并对模拟结果进行了试验验证。结果表明：随着焊接过程的进行，焊缝处的横向应力和纵向应力均由压应力向拉应力转变；在焊接接头完全冷却后，镁侧的最大横向残余拉应力值为88 MPa，钛侧的为192 MPa；在焊接接头完全冷却后，焊缝两侧的纵向残余拉应力峰值基本相等，大约为220 MPa，钛侧的纵向残余压应力值较大，最大值为265 MPa；采用耦合约束后，模拟得到的残余应力值与试验测试结果更接近。
 
钨铜合金粉热等静压致密化过程的有限元模拟
《机械工程材料》 2017年第41卷第6期
利用DEFORM-2D有限元软件对钨铜混合粉在包套密封条件下的热等静压工艺过程进行了有限元模拟，分析了坯料在该过程的致密化规律；运用交叉试验法制定出保温温度、保压压力和保温保压时间的正交优化方案，绘制出相对密度在温度和压力平面内的等高线云图，进而提出最优的参数方案；根据模拟结果进行了热等静压试验。结果表明：坯料的致密化过程是先边缘后中心；模拟得到最优的热等静压参数方案为950℃/110 MPa/2 h，在此方案下，坯料整体的相对密度可达到96%以上；在最佳方案下，相对密度的模拟和试验结果的最大误差为1.27%，平均误差约为0.2%。
 
凹模圆角半径对高强钢板热成形破裂行为影响的数值模拟
《机械工程材料》 2017年第41卷第6期
以汽车热成形件的典型特征结构——U形梁为研究对象，将高温破裂准则与数值模拟相结合，对BR1500HS钢板在热成形中的高温破裂现象进行了预测，分析了凹模圆角半径R对该钢板破裂行为的影响。结果表明：高强钢热成形破裂预测模型预测得到的破裂位置与试验结果吻合良好，凸模温度的预测值与实测值的相对误差在10%以内，该模型可靠性高；随着R增大，板料起裂时间延长；起裂均位于U形梁一端的侧壁，但起裂位置沿高度方向有差异；板料破裂均沿U形梁纵向扩展，R为2，6.5 mm时在U形梁另一端侧壁处发生了二次破裂，破裂易发生在靠近较小半径模具圆角的U形梁侧壁。
 
考虑次裂纹时U71Mn钢的主裂纹扩展行为
《机械工程材料》2017年第41卷第6期
采用ANSYS有限元软件，结合疲劳与磨损耦合模型，模拟计算了10 t轮重的车轮以全滑动方式滚过初始长度100μm、扩展角度30°的钢轨表面裂纹时裂纹的等效应力强度因子Keff，研究了钢轨疲劳与磨损的关系并分析了主、次裂纹扩展方向及出现次裂纹时主裂纹的扩展行为。结果表明：钢轨的破坏形式以疲劳损伤为主；当裂纹出现分叉之后，主裂纹尖端的应力集中会得到比较大的缓解，其等效应力强度因子下降较快；当裂纹扩展到长度大于1 mm之后，在主裂纹扩展过程中均伴随着次裂纹的出现，且主裂纹扩展方向基本不变，扩展速率逐渐加快，而次裂纹的扩展速率和扩展方向都基本不变。
 
不同条件高温压缩变形后35CrMo钢的显微组织
《机械工程材料》 2017年第41卷第6期
采用Gleeble-3810型热模拟试验机在变形温度为850~1 150℃、应变速率为0.01~50 s-1的条件下对35CrMo钢铸坯进行了变形量为60%的热压缩变形试验，结合真应力-真应变曲线特征，研究了应变速率和变形温度对其压缩后显微组织的影响。结果表明：在不同条件下压缩变形后，试验钢的显微组织均具有动态再结晶特征；同一应变速率下，随着变形温度的升高，压缩后的动态再结晶晶粒逐渐变大；同一变形温度下，随应变速率的增大，动态再结晶晶粒逐渐变小；热压缩变形后，试验钢不同位置处的晶粒尺寸不同，中心区域大变形区的晶粒最为细小，随着距中心区域垂直距离和水平距离的增大，晶粒尺寸逐渐变大。
 
铝-钢异种金属CMT焊接接头应力场的数值模拟
《机械工程材料》 2017年第41卷第6期
利用ABAQUS有限元软件对铝-钢异种金属冷金属过渡（CMT）焊接过程中焊接接头应力分布进行了数值模拟，分析了应力分布的变化规律，并进行了试验验证。结果表明：不同焊接时间下，焊接接头在钢板和铝合金板侧的von Mises应力分布不对称，其中铝合金板侧承受的应力较钢板侧的小；在焊接过程中，近焊缝处的纵向应力由压应力转变为拉应力，横向应力在焊初始阶段为拉应力，随后变为压应力，再转变为拉应力；在铝合金板侧和钢板侧热影响区的纵向残余拉应力最大，分别为125，208 MPa，位于铝合金板侧和钢板侧的横向残余压应力峰值几乎相同，约为80 MPa；残余应力分布模拟结果与试验结果的拟合优度为0.75，证明了模拟结果的准确性。
 
6013-T4铝合金在不同温度和应变速率下的动态力学行为及数值模拟
《机械工程材料》2017年第41卷第7期
采用分离式霍普金森压杆装置对6013-T4铝合金在不同温度（25,200,300℃）和应变速率（1 000,2 000,3 000,4 000,5 000 s -1）下进行了动态压缩试验，研究了该铝合金在冲击载荷作用下的动态力学行为，并采用试验拟合得到的约翰逊-库克本构方程，对动态冲击试验进行了数值模拟结果表明：6013-T4铝合金具有明显的应变速率和应变硬化效应，动态流变应力随变形温度的升高而减小;室温下合金的屈服强度对应变速率不敏感，但随变形温度的升高，屈服强度的应变速率敏感性增强;基于室温准静态与不同温度和应变速率下的动态真应力-真应变曲线，确定了铝合金的约翰逊-库克本构方程，不同温度和应变速率下真应力-真应变曲线的数值模拟结果与本构方程拟合和试验结果均吻合的较好。
 
复合材料板弹簧渐进失效分析与极限载荷预报
《机械工程材料》2017年第41卷第7期
基于复合材料细观力学Mori-Tanaka方法，使用Digimat软件预测纤维增强树脂基复合材料宏观弹性常数，建立复合材料细观和宏观力学响应间的耦合关系；考虑了复合材料的制造缺陷，采用逆向回归迭代法对基体材料的弹性常数进行修正；基于ABAQUS软件和Digimat软件耦合的计算平台，在复合材料板弹簧有限元模型中调用Mori-Tanaka细观本构模型，考虑复合材料的细观损伤，引入纤维和基体的失效准则进行宏细观耦合模型渐进失效的数值模拟，实现复合材料板弹簧的极限载荷预报，并通过复合材料板弹簧的极限载荷试验进行了验证。结果表明：复合材料板弹簧的试验断裂位置与模拟预测的断裂位置基本一致，极限载荷试验值与预测值的偏差为5.1%。
 
考虑热传导和热辐射时6063铝合金在中等应变速率下热压缩温升的修正
《机械工程材料》2017年第41卷第7期
采用Gleeble-1500型热模拟试验机对6063铝合金进行了变形温度为400?520℃，应变速度为0.01?10 s -1的热压缩试验，研究了热压缩过程的温升，在考虑了热传导和热辐射的作用后，探究了变形温度，应变速率和应变量等对绝热校正因子的影响，优化了材料变形的温升方程，对中等应变速率下热压缩的温升进行了修正。结果表明：绝热校正因子随着应变量的增大而降低，且变形温度越高，应变速率越大，则绝热校正因子就越大;热传导和热辐射对合金变形过程的温升具有显着的影响，修正后的温升与应变呈非线性关系，计算得到的温度变化曲线与实际所测得的基本一致，平均误差值小于3％。