王宁博士答辩公告

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王宁博士答辩公告

发布时间:2018-06-15浏览次数:1312作者:来源:机电学院供图:审核:

答辩博士：王宁

指导教师：陈明和

论文题目：高强铝合金AA7075同步淬火热成形变形行为及关键技术研究

答辩委员会：

主席：陈锋教授东南大学

委员：韩维建教授北美福特汽车研发中心

李勇教授南京航空航天大学

周晚林教授南京航空航天大学

谢兰生教授南京航空航天大学

秘书：王辉讲师南京航空航天大学

时间：2018年06月21日14:00

地点：南航明故宫校区15^#-341

学位论文简介：

同步淬火热成形新工艺可以有效解决可热处理强化铝合金材料室温塑性低、成形件后续热处理时形状畸变问题，具有高强铝合金热成形过程中实现控形控性的突出优点，但该技术的发展需解决固溶状态铝合金板材塑性变形行为及高温形变热处理等关键技术问题。本文针对广泛应用于飞机蒙皮、隔框、长桁等重要受力结构件的可热处理强化AA7075高强铝合金同步淬火热成形工艺，采用试验研究、理论分析及数值分析对其涉及的高温变形行为、微观组织演变及成形后自然时效变形行为等关键技术问题进行了系统研究。

主要研究工作包括：

（1）AA7075铝合金同步冷却热成形流变特性

通过高温单轴拉伸试验研究AA7075在同步淬火热成形工艺温度及应变速率范围内的流变行为，明确屈服强度、厚向异性系数r值等关键材料性能参数在不同变形条件下的演变规律，依据断口形貌分析温度及应变速率对其塑性的影响，构建本构模型预测其流变行为。

（2）AA7075铝合金同步冷却热成形微观组织演变规律

依据AA7075铝合金不同温度、应变速率及应变条件下单轴拉伸加载后的微观组织观测结果，研究不同变形条件下的微观组织演变规律，修正相关动态再结晶经验方程，建立晶粒尺寸及动态再结晶分数预测模型。

（3）AA7075铝合金同步冷却热成形条件下的失稳准则、断裂机理和成形极限

采用Nakazima方法测试AA7075高温成形极限，构建其不同温度及不同应变速率下的成形极限图，明确温度及应变速率影响下的成形极限演变规律，建立同步淬火热成形工艺的成形极限判据。通过微观组织观测分析温度、应变速率及应变路径影响下的微观组织演变规律及断口形貌特征。应用唯象本构模型、考虑凹槽区域应变率影响并修正失稳判据，构建基于M-K失稳理论的成形极限预测模型。基于单轴连续损伤机理本构模型，引入耗散势函数、应力状态权重系数及多轴应力损伤指数推广其至平面应力状态连续损伤模型，预测成形极限。对比两种模型预测效果，确定适用于高温成形极限预测的理论模型。

（4）AA7075铝合金同步冷却热成形后续自然时效性能演化规律

针对同步淬火热成形后W状态的AA7075，应用单轴拉伸、三点弯曲、Nakazima成形极限及极限拉深比试验测试不同自然时效时间下的材料性能，获取自然时效析出强化作用下材料性能随时间演变规律，为同步淬火热成形后续成形工序提供成形极限判据。

（5）AA7075铝合金同步冷却热成形数值模拟技术及工艺工程应用

展开AA7075铝合金汽车B柱零件同步淬火热成形数值分析及实际零件成形应用研究。基于试验获取的AA7075铝合金同步淬火热成形材料性能参数及工艺参数，建立热力耦合有限元仿真模型，预测零件成形后的厚度及应变分布，结合成形极限图预测模型提供的成形极限判据评价零件的可成形性。应用有限元模型优化工艺参数成形出AA7075高强铝合金汽车B柱零件。

主要创新点如下：

（1）基于Johnson-Cook、Misiołek等唯象模型，建立了能够准确预测AA7075铝合金的淬火热成形过程的应变强化及稳态流变行为的统一表征模型；基于连续损伤机理，采用温度及应变速率相关的相对位错密度及损伤演变方程参数，建立了能够预测硬化、稳态及损伤阶段高温流变的连续损伤机理本构模型。

（2）建立了同步淬火热成形工艺的成形极限判据及其理论预测模型：建立了AA7075铝合金在同步淬火热成形工艺条件下的成形极限图；基于Marciniak-Kuzynski失稳理论，考虑了凹槽应变速率影响进行应力及应变状态迭代计算，建立了以凹槽区域与均匀区域厚度比值作为失稳判据的高温成形极限预测模型；此外，基于建立的单轴连续损伤机理本构模型，通过引入温度及应变速率相关的耗散势函数、应力状态权重系数及多轴应力损伤指数推广至平面应力状态，建立了基于连续损伤机理的AA7075铝合金在同步淬火热成形的高温成形极限预测模型。

（3）通过研究固溶处理状态下AA7075铝合金自然时效析出强化作用下的性能演变规律，建立了自然时效时间相关的Voce时效强化模型，确定了其后续成形工序实施时间区间为8h，为AA7075铝合金的同步淬火热成形关键工艺技术的实施提供了理论依据。

（4）结合AA7075铝合金同步淬火热成形的流变规律及关键技术的研究成果，通过热力耦合建立的有限元分析模型进行的模拟仿真分析得出的优化工艺参数，进行了AA7075铝合金汽车B柱零件的同步淬火热成形工艺验证，获得了实现控形控性的高质量的同步淬火热成形工程应用实际零件，为高热处理强化高强铝合金的同步淬火热成形新工艺的实际应用推广奠定了基础。

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