大型组合挤压筒蠕变-疲劳累积损伤机理及设计准则研究

基本信息
批准号:51345013
项目类别:专项基金项目
资助金额:10.00
负责人:罗远新
学科分类:
依托单位:重庆大学
批准年份:2013
结题年份:2014
起止时间:2014-01-01 - 2014-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王勇勤,刘志芳,马玲,衡雨晴,张飞,杨泽
关键词:
挤压成形设计准则包辛格效应蠕变—疲劳交互作用组合挤压筒
结项摘要

Heavy metal extrusion presses are widely used for producing fixed-section products for application in the aero-space, automotive, railbound vehicle, energy, weaponry industries. Withstanding at 450 to 550℃ and 500 to 700MPa in the extrusion process, the container is one of key components of the extrusion press. However, the existed design method hasn’t considered creep-fatigue interactions, and therefore, the containers perform short lifetime and low reliability. To improve the lifetime and reliability, this research proposal is aimed to provide a creep-fatigue design procedure for the compound container. Firstly, the stress-strain behaviors of the compound container duiring shrink-fit process and extrusion processes are predicted with consideration of the Chaboche visoplastic constitutive model, as well as the thermo stress. Secondly, a fully coupled thermo-mechanical model with respected to the cumulative damage theory for creep-fatigue interaction is proposed to investigate the failure mechanisms of the container. Finally, the lifetime model is given as well as the creep-fatigue design criteria. In this research, the degradation mechanism of the extrusion container within the lifetime will be explored. Also, a new design approach respected to the creep-fatigue interaction is proposed for improving the serve-life and reliability of the compound containers. Therefore, this research has significant impacts on design theory of extrusion containers.

万吨级挤压成套装备是航空航天、交通、能源、武器装备等领域的重要基础制造装备,作为挤压过程中容纳锭坯的挤压筒是其关键部件之一,承受了交变的高温(450~550℃)高压(500~700MPa)。针对目前挤压筒因静强度失效准则进行设计,而导致服役寿命短、可靠性差的问题,本研究将首先根据材料粘弹性本构方程,分析具有多层预应力结构的组合挤压筒包辛格效应,揭示服役过程中应力/应变演变规律,探明因温度变化引起的热应力波动;进而,引入材料累积损伤模型,研究蠕变—疲劳交互作用下各层筒的应力松弛行为和失效机理;最终,建立挤压筒的服役寿命预测模型和蠕变—疲劳失效设计准则。通过本项目研究可阐明复杂服役条件下挤压筒性能退化基本规律,提出基于蠕变—疲劳失效准则,为大型挤压筒服役寿命和可靠性提升奠定重要理论基础。

项目摘要

大型挤压筒是铝挤压生产不可或缺的工具,在挤压生产过程中承受了极端的高温高压。本项目针对目前挤压筒因按静强度失效准则进行设计,而导致服役寿命短、可靠性差的问题,开展了系列研究,基本达到了预期目标,取得了如下成果:1)推导了多层组合式挤压筒弹性设计理论模型、弹塑性设计理论模型,提出了疲劳/蠕变线性累加应力演化模型和寿命预测的理论模型;2)初步建立了热作模具钢疲劳-蠕变交互作用下的粘塑形统一理论模型和参数提取方法,开展了热作模具钢H13的系列高温疲劳实验;3)获得铝合金挤压筒过程的材料流动特性及微观组织演化模型,并在此基础上进行了挤压过程数值模拟,获取挤压筒的热-力边界条件;4)培养博士生1名,硕士生3名;5)已发表国际期刊论文2篇(SCI、EI收录各1篇),参加学术会议1次,申请发明专利1项。特别说明:本课题研究内容获得2015年度青年基金的继续支持,目前初步开展的挤压筒热-力边界条件和热作模具的粘塑形统一理论模型等研究,将有利于进一步全面研究挤压筒疲劳蠕变设计理论。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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