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用MCA方法研究不同涂层对钢板三点弯曲的影响


日期:2020-03-19     阅读:1853     

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沉阳工学院学报采用MCA方法研究了不同涂层对钢板三点弯曲的影响。徐跃\李金全\唐玉静2,黄德武1(1.沉阳工业大学机械强度研究所,辽宁沉阳; 2沉阳市苏家屯区劳动园区管理所)对不同形状的钢板进行三道工序研究了点弯曲计算模拟试验及其变形和断裂过程,从而可以更好地理解涂层的性能,并为设计提供了理论依据。依据。

;身体细胞三点弯曲;涂料:O316:涂料技术是当今的热门技术,涂料以其美观,提高机械性能和防腐性能等,已被广泛应用于航空,化工等行业。但是,由于涂层非常薄,特别是在受到冲击载荷或损坏或脱落时,因此难以描述和计算常用的有限元方法。近年来,离散方法的研究在介质不连续问题上取得了很大的进展。其中,“可移动细胞自动机”方法最为突出。该方法将模拟的样本分为一系列自动机。在载荷作用下,不仅可以研究它们之间的相互作用,而且可以研究位置和方向的变化,即人体细胞的动态演化过程。

MCA方法用于模拟四个具有不同结构涂层的样品,以观察这四个样品的断裂过程和性能变化。

1MCA方法的数学模型和理论基础传统有限元所涉及的位移仅是指由变形引起的相对位移,并且变形是连续的,不允许刚体位移,但是使用了MCA方法。在研究细胞之间的相互作用时,不仅允许细胞之间的相对位移,而且还允许细胞之间的刚体位移,并且允许细胞之间的相对旋转,即可以描述模拟样本。加载到断裂。为了描述各个单元之间的动态过程,相邻单元必须在单元之间引入重叠参数,例如。

许悦等:不同涂层对MCA法钢板的三点弯曲的影响取决于相邻单元对之间的相对运动。体细胞之间相互作用的动态演化过程由下式确定。

a)转换:其中jtk是相邻单元的数目; 0ij是体细胞j之间的相对旋转角度; qj(ji)是主体i(j)和主体j(i)的中心,接触点之间的距离; fj是切向力; S((j,ik(jt)),C(ij,ik(jt))是分别与H和9有关的参数,这里是1,/j(A,j7)是物体之间的总法向力细胞。

对体胞ij之间的应变,AX为应变增量,V/为相对速度Vj的法向分量。j成对单元中和j体胞的剪应变为VSj为相对切向速度,其值为:V/j=k/jrij其中Vj=Vj为绕体胞的质心转动的有相邻体胞的相对运动效转动速度,如在MCA方法中,应力强度作为判别体胞之间由连接到断开(linked-unlinked)的判据。

当模型受载后,试样即产生损伤,损伤不断积累产生裂纹,最终断裂失稳。此时:当体胞i,j为同一材料时,Kj=1,在大多数情况下,体胞i,j为不同材料,此时,1,其值的大小与材料之间的粘结结构,体胞尺寸的大小等许多因素有关。

2试样模型的建立整个建模过程在MCA软件上进行。试验装置分为三部分:冲体,试样,支撑块。试样模型的近似尺寸为0.4<0.05 m,在细观尺度上将其划分为一定大小质量的体胞(automaton),选定体胞直径为2< 1-4m,采用时间步长迭代的方法描述在不同时刻的受载过程,选定时间步沈阳工业学院学报长为2.2(1tTSs.利用MCA软件的数据库可任意更改涂层体胞的材质和大小,来模拟不同厚度和形状的涂层,并在载荷作用下,分析其受力状况并观察断裂过程。MCA软件可分析二维状态下的受载状况,利用MCA软件的建模功能,本文采用四种不同结构的试样(),冲体均以5m/s的速度垂直压在其上。

样品(a)的结构样品由钢制成,表面涂层是陶瓷,并且矩形与样品表面结合。涂层的厚度为Q02m。样品(b)由钢制成,并且表面涂层为。陶瓷与样品表面结合成矩形齿状。涂层的厚度为样品(c),表面由陶瓷制成。样品的表面与具有角齿形状的样品的表面结合。涂层的厚度为Q02m。样品(d)由钢制成,表面是双涂层的,上层是软陶瓷,下层是陶瓷。矩形与样品表面结合在一起。涂层的总厚度为0.02m。表格1的上部和下部冲压材料参量块使用与主体单元相同的尺寸。建模时,需要输入测试材料的相关特征参数(表1),该参数代表弹性极限,ey2代表屈服极限,X代表屈服极限处的应变,e代表强度极限,X代表涂层1涂层2样品。压缩支撑块材料在陶瓷软陶瓷钢刚玉的泊松模量下达到弹性模量强度的极限。

3计算结果与分析3.1试样断裂过程分析在传统的有限元方法中只研究独立单元的受力状况,而MCA方法则既可研究独立体胞-2015ChinaAcademicJournalElectronic一的受力状况,又可研究成对体胞以及与之相邻的各体胞之间在不同时间步长的相互作用关系,随着受载的持续,当某些体胞之间满足关系式)>‘<或K'e*时,体胞由相互联接到相互断开继而产生相对运动(式(1)(2)),而对于仍互相联接的体胞仍可研究它们之间的相互作用关系,四种试样取相应的时间步长,在载荷作用下,其断裂过程的动态演化如所示。

四个模型的初始破坏和最终断裂的比较图。我们可以看到,可以通过分析不同时间步长的单个单元格的变化来详细研究裂纹萌生和扩展的过程。如果将线段连接在两个电池中心之间,则意味着这对电池仍通过一定的价键相互连接,并且没有线段连接,表明这对电池已断开连接。四个样品的断裂过程不同。样品(a),样品(b)和样品(c)表面开始发生微破裂的步骤数非常接近,并且样品(d)中使用的步骤数最少,即,第一个裂纹是由于样品(d)的最上层的材料低于前三个样品的材料;在这四个样品中,样品(c)最早破裂,并且裂纹为锯齿形,因为在尖角处易于产生有角度的齿涂层。大的应力集中集中在有角齿涂层的尖角处。接下来,沿着剪切应力的最大方向将样品破坏(a),并且裂纹为菱形。然后是样品(b),裂纹为漏斗形,裂纹穿过矩形齿状涂层的角端,样品(b)的矩形齿状涂层增强了样品强度。最后的裂缝是样品(d),裂缝是漏斗形的,并且由于是双层涂层,所以裂缝破坏最严重,因为第一涂层非常柔软,并且第一层首先破裂,导致一个卸载的压力。

沈阳工业学院学报3.2不同试样加载曲线的比较通过模拟计算,我们获得了四种不同试样的Fy-Y曲线(,6)。其中Fy为冲头垂直方向的压力,Y为冲头垂直方向的位移,从图中可以看出,四种试样,不仅Fy的最大值不同,而且Fy-Y曲线与坐标轴所围面积也很不相同。Fy不同说明四种试样抗力是不同的,试样(C)的Fy最大,其它三种试样比较接近。

三种单涂层试样的Fy-Y曲线对比图试样(a)与试样(d)的F.-Y曲线对比图曲线下的面积与冲头对试样做功有关。使用公式(4)可估算其面积值:这里S,中的i取1~4.SiS2S3S4分别为曲线132()及双涂层曲线与坐标轴所围面积(),通过公式(5)的计算结果表明,与试样(a)相比,试样(b)所吸收能降低了7.4%,而试样(c)(d)则分别增加了20.9%和73.2*.由上可知,在抗断方面,双涂层较单涂层要好,矩形齿涂层较其它两个单涂层要好。角形齿涂层显着提高了构件的抗力。因此,在设计涂层时,可通过改变涂层的材质、形状,进而提高构件的性能。

4结束语①使用MCA方法能直观、真实地模拟具有不同结构涂层钢板的断裂过程。

②MCA方法为我们提供了一种设计涂层的新方法。

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