Al/Gf/PA超混杂层板动态应变时效现象及热拉深性能研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:birentx
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高昂的材料成本与较长的生产周期限制了纤维金属层板在汽车和轨道交通等大批量生产领域的应用需求。温拉深是一种制造薄板产品的方法,与现有常用的制造工艺相比,其具有生产速度快的优势。然而,纤维金属层板中两种截然不同材料的组合使其应用受到限制。为了进一步推动温拉深成形工艺在纤维金属层板上的应用,本文开展了玻璃纤维增强聚酰胺(Gf/PA)复合材料-铝合金层板(Al/Gf/PA)的动态应变时效现象及热拉深性能的研究。首先,揭示了热拉深时纤维金属层板混杂结构对动态应变时效的影响及其动态应变时效的相关机理;其次,探究了纤维取向对层板热拉深性能的影响;最后,基于纤维应变-应变比建立了纤维金属层板的成形极限曲线,对其成形极限性能进行了研究,结论如下:(1)通过临界应变、应力跌值、跌落时间和重加载时间四个特征量研究了纤维金属层板的动态应变时效现象。研究表明,复合材料的高温弱化效应减弱了铝合金板中的应力场对溶质原子与位错的驱动能力。因此,随着试验温度与应变速率的上升,层板动态应变时效的发展受到阻碍。另外,金属的动态应变时效机制是溶质原子速度和位错增殖密度分别主导的溶质原子与位错的相互作用。层板的动态应变时效特性也主要受控于金属,然而复合材料对铝合金板中的位错增殖密度增长速率的弱化作用使其动态应变时效仅处于位错增殖密度起主导作用的阶段。(2)研究了纤维取向对层板热拉深时的表面应变、减薄性能以及起皱情况的影响。对于表面应变,[0/45/-45/90]纤维取向具有类各向同性的特点,在各个方向上保证了层板承载与传载的能力。因此,[0/45/-45/90]铺设的层板的表面应变分布更均匀。对于减薄性能,[0/45/-45/90]纤维取向避免了±45方向下拉剪和拉弯耦合引起的屈曲变形,提高了层板在热拉深过程中抗减薄和增厚的能力。因此,[0/45/-45/90]铺设的层板的尺寸精度更高。对于起皱高度,[0/45/-45/90]纤维取向可使树脂在成形区域内沿圆周方向均匀分布,减少气孔的出现并能很好的承担和传递导致起皱出现的压应力。因此,[0/45/-45/90]铺设的层板的起皱高度较低。(3)基于纤维应变-应变比建立了层板成形极限曲线,设计了新的试件,研究了层板成形极限性能。传统条状试样的成形极限曲线与切槽试样不同,因为它们的变形机理和破坏模式不同。基体失效为主导的破坏模式会引起过大的剪切和弯曲变形,在条状试样中呈现出较高的纤维应变,约16%。相反,由于纤维断裂和界面分层占主导的破坏模式,切槽试样的纤维应变控制在6%的区间。因此,提出的切槽试样获得的基于纤维应变-应变比的成形极限曲线可以将变形演化与破坏机理结合起来,从而更有效地表征纤维金属层板的成形性能。
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