超高強(qiáng)度鋼絲拉拔損傷過(guò)程模擬分析及扭轉(zhuǎn)性能提升.pdf

1、超高強(qiáng)度鋼絲通過(guò)冷拉拔變形獲得了高強(qiáng)度的力學(xué)性能，因此被廣泛應(yīng)用于大跨橋梁等大型建筑工程中。但是，冷拉拔過(guò)程使得鋼絲屈服強(qiáng)度提高的同時(shí)也使其塑性和扭轉(zhuǎn)等力學(xué)性能降低。多年來(lái)隨著生產(chǎn)實(shí)踐中的不斷改良，鋼絲的綜合力學(xué)性能得到了很大的提升，但是扭轉(zhuǎn)性能的改善卻一直不盡如人意。本文從考察拉拔損傷出發(fā)，探究鋼絲冷拉拔過(guò)程中的如微孔洞形成及擴(kuò)展等損傷現(xiàn)象及損傷演化過(guò)程;分析冷拉拔過(guò)程中材料塑性損傷及殘余應(yīng)力分布，以提升鋼絲扭轉(zhuǎn)性能為目標(biāo)，進(jìn)行冷拉拔

2、工藝優(yōu)化分析以提高鋼絲成品質(zhì)量。
　　結(jié)合有限元方法、損傷力學(xué)理論、多尺度模擬方法，建立超高強(qiáng)度鋼絲的拉拔形變過(guò)程的數(shù)值模型，分別基于單一尺度和多尺度模擬討論了鋼絲的拉拔形變過(guò)程的模擬方法與拉拔損傷演化模型的選擇;分析闡述鋼絲拉拔過(guò)程中損傷產(chǎn)生的機(jī)理，建立了含損傷鋼絲多道次拉拔過(guò)程中三維有限元模型，以展現(xiàn)鋼絲連續(xù)拉拔中塑性大變形與損傷演化的動(dòng)態(tài)過(guò)程。
　　本文完成的主要工作有:分析在工業(yè)生產(chǎn)中給定的模具頂角、入線直徑和道次壓

3、縮率參數(shù)條件下，超高強(qiáng)度鋼絲內(nèi)部應(yīng)力的變化規(guī)律，以及多道次拉拔過(guò)程中金屬材料損傷演化的規(guī)律、扭轉(zhuǎn)性能變化趨勢(shì);提出了損傷評(píng)價(jià)方法，給出損傷指標(biāo)，用以工業(yè)生產(chǎn)中從損傷的角度評(píng)定鋼絲性能;分析鋼絲在拉拔過(guò)程中扭轉(zhuǎn)性能變化、損傷演化規(guī)律與材料力學(xué)參數(shù)及拉拔角度之間的關(guān)系;分別建立單一尺度下和多尺度下含損傷鋼絲拉拔過(guò)程的數(shù)值模型，討論兩種方法的差異性，并對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較分析，通過(guò)多尺度方法著重觀察鋼絲內(nèi)部損傷程度較嚴(yán)重區(qū)域的損傷演化、應(yīng)力

4、變化等過(guò)程。
　　通過(guò)研究發(fā)現(xiàn):超高強(qiáng)度鋼絲在經(jīng)歷多道次連續(xù)拉拔過(guò)程后，損傷集中發(fā)展在鋼絲中心軸線附近區(qū)域;隨著道次的增加，扭轉(zhuǎn)性能不斷降低;損傷區(qū)域各個(gè)節(jié)點(diǎn)的損傷不斷增加，增加程度與道次壓縮率關(guān)系密切;在單一尺度模型下，第一道次拉拔后鋼絲內(nèi)部有損傷區(qū)域的損傷發(fā)展水平也較低，從第二道次開始，鋼絲中軸線附近區(qū)域損傷發(fā)展迅速，損傷最值明顯集中在中軸線上;研究鋼絲的殘余應(yīng)力及損傷分布沿鋼絲徑向分布的規(guī)律發(fā)現(xiàn):Von Mises應(yīng)力呈現(xiàn)先

5、降低后增加的趨勢(shì)，損傷隨著距離的增加略微上升后急速下降。
　　探討了鋼絲拉拔工藝參數(shù)和鋼絲胚材的性能參數(shù)對(duì)鋼絲成品力學(xué)性能的影響，研究結(jié)果表明:在現(xiàn)有拉拔工藝參數(shù)及鋼絲胚材的性能參數(shù)下，增加模具拉拔頂角、降低孔洞形核時(shí)的胚材應(yīng)變平均值參數(shù)、提高孔隙率等措施都會(huì)使得鋼絲拉拔后損傷指標(biāo)增加，同時(shí)對(duì)拉拔后的鋼絲扭轉(zhuǎn)性能不利，其中扭轉(zhuǎn)性能與損傷指標(biāo)對(duì)孔隙率參數(shù)最為敏感，鋼絲塑性應(yīng)變的波動(dòng)程度受孔洞形核時(shí)的胚材應(yīng)變平均值參數(shù)影響最大。