|
项目简介: |
本项目属机械工程热加工领域的前沿课题。
液固高压成形被公认为是颇具发展前景的一个重要学科领域,涉及材料力学特征、液固相变、塑性变形和过程控制等诸多科学技术问题。本项目立足于解决其理论疑点和技术难点,在12项国家自然基金和10项省部级基金的资助下,历经17年的系统研究和艰苦攻关,在理论和应用方面取得多项突破:(1)揭示了液固高压成形材料的塑性变形特征,发现了塑性变形、凝固收缩和密实效应等密切相关的共性规律,发展了压力下结晶与大塑性变形融合理论;(2)创建了液固高压成形力学冶金学理论体系,提出了固液组合体力学模型、应力状态演变模型,建立了压力下金属动态凝固方程,揭示出其力能转换的内在规律;(3)发现了触变流动应力现象和伪半固态成形规律,完善和发展了半固态压力加工理论;(4)揭示了液固高压成形组织与界面特征、材料力学行为、强韧化效应及变形机制;(5)建立了压力下液固相动态转变力学模型,突破了集传热、凝固和大塑性变形于一体的液固挤压过程热力耦合数值模拟难题;(6)提出了神经网络与遗传算法相结合的液固高压成形系统建模与优化方法,实现了过程参数优化,突破了变形速度与凝固速度难以协调的关键技术;(7)创立了液态挤压、液态浸渗挤压、半固态双控成形新工艺,可以由液态金属直接成形金属材料、复合材料制件;(8)将理论研究成果用于实际,一次成形出满足性能要求的镁合金托弹板,简化了制造工艺;浸渗挤压成形的装甲车铝基复合材料负重轮投入批量生产,质量稳定,减重提速效果显著,得到用户高度评价。
本项目发表论文190篇(SCI 收录48篇、EI收录103篇、ISTP收录13篇),出版专著2部,他人引用748次,单篇引用率达82次;申请国家发明专利12项(授权7项)。研究成果得到国内外本领域多位著名专家高度评价。
本项目形成集基础理论、仿真平台、专利技术为一体的液固高压成形理论和应用体系,在塑性成形科学领域开拓了一个新的学科方向,促进了该领域理论与应用的研究和发展。 |
|
主要发现点: |
1、核心发现点(均属于塑性成形学)
(1)系统地揭示了液态模锻、液态挤压和液态浸渗挤压下材料的塑性变形特征。发现了塑性变形、凝固收缩和密实效应等密切相关的共性规律,提出了液态挤压和液态浸渗挤压过程中挤压速度与凝固速度协调匹配的稳定条件,发展了压力下结晶与大塑性变形的融合理论。论文[1,2,11,13];
(2)创建了液固高压成形力学冶金学理论体系。提出了固液组合体力学模型、金属流动模型、固液区应力状态演变模型,建立了金属凝固过冷度方程、动态凝固方程;发现材料在高温状态和液固状态下的力学行为存在本质区别,揭示出其力能转换规律及材料状态与变形能力、流动应力的内在规律。论文[2,3,14,19];
(3)发现了液固高压成形的多重增韧强化机制。提出有效控制压制速度和温度、变形场,可以促进液态金属在压力下结晶、大变形下改善组织性能;揭示了液固高压成形具有细晶强化、变形强化和弥散强化等多重强韧化机制,从而使液固高压成形制件的综合力学性能大幅度提高;发现液态浸渗挤压复合材料是避免和减轻增强纤维因变形而产生机械损伤的最佳途径。论文[4,5,15,27];
(4)建立了压力下液固相动态转变力学模型和液固挤压热力耦合有限元模型,构造了液固高压成形仿真系统,可以实现对液固高压成形过程的模拟仿真和动态跟踪,得到任意时刻液态金属浸渗及成形过程的温度场、应变场和应力场,揭示了材料凝固变形过程中的变化规律,模拟结果与实验结果吻合良好,有效解决了集传热、凝固与大变形为一体的液固高压成形工艺仿真难题。论文[1,16,18,29];
(5)提出了神经网络、模糊神经网络与遗传算法相结合的液固高压成形系统建模与优化方法,建立了工艺参数知识库,揭示出工艺参数之间的交互作用规律,实现了过程参数优化,突破了制约工艺应用的变形速度与凝固速度难以协调的瓶颈问题。论文[6,7,12,21];
(6)发现了触变流动应力现象和伪半固态成形的规律;揭示了等径道角挤压镁合金可以获得良好触变组织的变形规律和半固态压缩变形机制;阐明了半固态模锻的受压短距离充填流动可以抑制液固分离和致密组织的力学特征,完善和发展了半固态压力成形理论。论文[8,9,17,24],专利[1,8]。
2、其他重要发现点(均属于塑性成形学)
(1)创造性地运用系统工程的思想和方法对实验过程进行统筹规划和优化设计,建立了包括多路实时数据采集与分析、实验辨识和组织分析系统在内的实验研究体系,能够发现和揭示液固高压成形的内在变化规律和实质。论文[6,12,30],专利[2,11];
(2)创立了液态挤压、液态浸渗挤压新工艺,可以由液态金属直接成形金属材料和复合材料制件;提出了半固态双控成形和固液分层快速成形新工艺,可同时实现控形和控性。[4,10,11,25],专利[3,4,5,6,7]。 |
|
主要完成人: |
1. 齐乐华 1.主要学术贡献:(1)发现了半固态塑性变形和凝固收缩的共性规律(核心发现点1);(2)提出液固挤压、液态浸渗挤压过程的热力耦合有限元建模方法,建立了成形过程仿真跟踪系统(核心发现点4);(3) 提出基于神经网络/遗传算法的液固高压成形系统建模与优化的学术思想,建立了基于FNN/GA的液固高压成形优化系统(核心发现点5);(4)揭示了液固挤压复合材料的强韧化机制及组织特征(核心发现点3);(5)提出运用系统工程的方法对实验研究进行优化设计的思想,建立了数据采集及试验辨识系统(其他重要发现点1)。 2.在该项目研究中的工作量占本人工作量的80%。 3.支持本人贡献的代表性论文[1][6][7]。
2. 罗守靖 1.主要学术贡献:(1)提出固液组合体力学模型、金属流动模型等,建立了压力下金属动态凝固方程(核心发现点2);(2)提出采用液态浸渗与液固挤压相结合的方法成形短纤维增强金属基复合材料,揭示了液态浸渗挤压的塑性变形机制(核心发现点1);(3)提出了触变流动应力和伪半固态成形的概念(核心发现点6);(4)揭示了液态模锻的力能转换规律(核心发现点2)。 2.在该项目研究中的工作量占本人工作量的80%。 3.支持本人贡献的代表性论文[2][9][10]。
3. 李贺军 1.主要学术贡献:(1)提出了液态模锻固液区应力状态演变模型及其变形力特征(核心发现点2);(2)提出了液态挤压的学术思想、揭示了其塑性变形特征(其他重要发现点2);(3)揭示了液态挤压的强韧化机理、变形特征及组织特征(核心发现点3);(4)建立了液固高压成形系统工艺参数知识库(核心发现点5)。 2.在该项目研究中的工作量占本人工作量的55%。 3.支持本人贡献的代表性论文[3][4]。
4. 杜之明 1.主要学术贡献:(1)提出了铝合金半固态压缩变形机制(核心发现点6);(2)提出了半固态双控成形的学术思想并进行了深入研究(其他重要发现点2);(3)揭示了半固态模锻的力学行为和强韧化机理,并应用在装甲车铝基复合材料负重轮生产中(核心发现点6)。 2.在该项目研究中的工作量占本人工作量的70%。 3.支持本人贡献的代表性论文[5]。
5. 姜巨福 1.主要学术贡献:(1)揭示了等径道角挤压镁合金的半固态组织演变规律(核心发现点6);(2)提出了镁合金不等径弯道挤压-剪切诱导等温球制坯的学术思想,开发了半固态双控成形新工艺(其他重要发现点2);(3)揭示了铝基复合材料半固态下的流变行为(核心发现点6)。 2.在该项目研究中的工作量占本人工作量的70%。 3.支持本人贡献的代表性论文[8]。 |