2026年 08期
基于晶体塑性理论的金属材料损伤断裂预测研究进展
张凯;胡雨晴;苏春建;岳振明;晶体塑性理论基于位错滑移、孪晶等微观变形机制来描述材料非均匀塑性变形，被广泛用于金属材料细微观力学响应分析。在晶体塑性框架下准确描述损伤累积及微裂纹萌生与扩展仍是当前研究的热点难题。因此，系统整理了基于晶体塑性模型的金属材料损伤断裂预测的研究进展。首先，介绍了晶体塑性理论的基本框架及其在金属材料变形分析中的应用基础；其次，阐述了典型损伤断裂模型的基础理论及其与晶体塑性本构关系的耦合方式；进一步，总结了各损伤断裂模型结合晶体塑性理论进行损伤断裂数值模拟的研究进展，并评述了机器学习方法在提高晶体塑性模型数值模拟计算效率方面的应用现状。最后，对基于晶体塑性理论的金属材料损伤断裂预测的未来发展趋势进行了展望。
能场辅助激光冲击强化技术研究进展
宋昊磊;郭振山;胡鸿彪;郑宏宇;王宗申;随着先进技术的发展，对工程材料服役性能的要求日益严格。传统激光冲击强化(LSP)在强化深度、加工效率及适应性方面存在局限，难以满足高质量与高效率并重的需求。近年来，温度场、电场、磁场、超声场等外部物理场与LSP协同作用，发展出能场辅助LSP技术，能够有效调控激光诱导等离子体行为、冲击波传播及材料微观组织演化，从而提升强化效果。综述了各类能场辅助LSP的作用机制、微观结构演变及性能调控，比较其优势与局限，并展望未来发展与应用前景。
分区域软模调控下铝合金半球形件拉深过程的非均匀变形行为
王朋义;金一淳;左鹏;张龙;党世豪;王振;针对非对称薄壁构件在常规成形过程中材料流动控制困难，易引发破裂或起皱的问题，提出一种基于分区域磁流变液软模调控的半球形件拉深成形方法。通过铁芯与线圈组合在成形区域构建梯度磁场，实现软模性能的差异化调控，并开展了Al1060-O板材半球形件拉深成形试验与有限元模拟研究。结果表明：分区域软模调控可显著影响试件构形、应变分布与材料流动行为；随着输入电流增大，最大等效应力与应变极值区域由成形区域中心向铁芯侧转移，材料流入比在10 A时达到2.116,有效促进了板材成形区域的非对称流动；同时，整体应力分布更加均匀，壁厚减薄得到有效控制。
大尺寸超薄板充液-覆板成形叠层参数影响仿真与实验研究
李浩海;矫志辉;李建伟;贾昊东;吴杉;李勇;大尺寸超薄不锈钢复杂构件的精密成形是支撑航空航天飞行器轻量化发展的关键技术之一，但其成形过程中易出现破裂与起皱等失稳问题，且工艺窗口狭窄。以厚度为0.2 mm、厚径比仅为0.33‰的半球形构件为对象，开展主动式充液-覆板成形工艺研究，结合有限元仿真与实验系统分析了目标板在不同覆板结构下的成形性能与缺陷演化规律。结果表明：单层结构中，仅调整压边压强难以同时抑制破裂与起皱；下侧覆板通过摩擦与包覆协同机制显著提升目标板的应变均匀性与成形极限，最大等效应变由0.31降至0.14;双侧覆板进一步消除起皱，但存在破裂风险略升的问题。实验验证了仿真预测的有效性：双侧覆板工艺成功获得无缺陷零件，单侧覆板试样也有效贴模，仅在凹模圆角存在少量死皱。
高频感应加热TB8包边成形工艺
凌子涵;陈明和;董红瑞;王涵;为实现TB8钛合金长包边零件的高效精密成形，提出一种结合预成形与高频感应快速应力松弛的复合成形工艺。通过建立电磁-热-力多场耦合有限元模型，系统模拟了不同感应热源移动速度下的温度分布、应力松弛与回弹行为，并开展了包边试验件成形验证。研究结果表明，随着感应热源移动速度的提高，成形件两侧回弹误差逐渐增大。当移动速度为0.7 mm·s-1时，左右两侧最大回弹误差分别为0.48和0.23 mm,满足零件成形误差±0.5 mm的设计要求，显著提高了成形精度与效率，证实了预成形/高频感应加热复合成形工艺在TB8钛合金包边快速精密成形中的可行性与有效性。
基于纳米润滑条件的铝-铜复合薄板微深冲摩擦学行为研究
贾方辉;韩非;姜正义;在300℃退火1 h热处理条件下，采用厚度为50μm的铝-铜复合薄板开展微深冲成形工艺研究。研究使用由二氧化钛(TiO2)纳米颗粒与甘油混合形成的不同配比的纳米润滑剂作为润滑变量，并针对铝-铜复合薄板在微深冲工艺中的成形性能和摩擦学特性进行探究。结果表明，在TiO2纳米润滑条件下，微深冲成形力显著降低，其中，1.0wt%浓度的TiO2纳米润滑剂在降低成形摩擦和提高深冲极限方面表现最佳。同时实验发现，适量的纳米颗粒通过修复机制可以改善微深冲件的表面质量。此外，微观组织观察结果表明，纳米颗粒多聚集在微深冲件表面微形貌中的开放润滑(OLPs)区域，有助于在成形过程中进一步降低摩擦力。
仿生蛋形尖端塑性成形工艺及成形质量研究
孙志莹;成伟杰;成慧明;郑梓讯;针对仿生蛋形耐压壳加工精度要求高、变形不可控以及应变分布不均等问题，提出采用颗粒介质辅助成形代替刚性模成形，用以提高其塑性变形的成形质量和几何精度，改善应变分布。对比了刚性模成形和颗粒介质成形的成形质量，研究分析了冲压速度(100、200、300、400和500 mm·min-1)和润滑介质(润滑油、润滑脂和薄膜)的耦合机制对塑性变形程度和应变分布的影响，并通过贴模程度、应变分布和减薄率评判了成形方法的优劣，通过数值模拟和实验结果对比分析验证了数值模型以及最佳工艺参数的准确性。结果表明：颗粒介质成形相比刚性模成形的蛋形尖端塑性加工精度和几何精度更好；最优工艺参数为颗粒介质成形，其中冲压速度为200 mm·min-1,润滑介质选择薄膜。
铝合金阵列多尺度结构微热压印工艺
李昕儒;王晓亮;赵伊伊;单德彬;郭斌;徐杰;作为应用于航天和精密电子设备散热的蒸气腔，其微结构的特征尺寸与形态对热传导效率具有关键作用。针对金属材料表面复杂微结构的成形难题，以工业纯铝1100为基材，通过利用DEFORM-3D模拟及分步压印工艺与常规一步压印工艺的对比实验，研究两种压印工艺成形中阵列阶梯状微通道的填充过程及应力-应变分布，分析微结构的成形机理及工艺参数对阵列结构填充完整性的调控规律。通过分步压印工艺第1步中成形三角形阵列微通道结构的过程，研究工艺参数对填充质量的影响，结果表明，对于阵列三角微通道的微压印成形，当成形温度为300℃、压印力达到21 kN、压印速度为0.01 mm·s-1、保压时间为360 s时，可获得最优的型腔填充效果。值得注意的是，由于分步压印工艺的台阶结构是同时成形的，因此应力应变更小且分布更加均匀，所以相对一步压印工艺需达到32 kN的压印力才能填充完成，在分步压印的二次成形阶段，仅需18 kN压印力即可实现台阶结构的完整成形，且填充完成度和表面质量均优于一步压印工艺成形的台阶结构。通过模拟和实验说明分步压印工艺在成形金属表面复杂阵列结构方面具有明显优势。
基于熵权综合评价法的异形管内高压成形仿真及工艺优化
董友根;徐雪峰;陈粤辉;雷小强;廖宏伟;范玉斌;为解决传统异形管内高压成形存在的效率低、壁厚不均匀以及贴膜率低等问题，提出了基于熵权综合评价法的复杂截面进气道异形管内高压成形工艺参数优化方法。首先，对零件轴线长度为812.86 mm,左端截面直径为Φ170 mm,右端截面周长为516.2 mm的异形管建立了内高压成形有限元模型。然后，采用五因素三水平的方案进行了正交试验，分析了各工艺参数对进气道异形管成形质量的影响。最后，将3个质量指标通过综合评价法转化为以综合评分为单一指标的目标优化。通过对综合评分进行极差分析，获得异形管内高压成形的优化工艺参数，最优参数组合为：内压采用先快后慢的加载路径；轴向进给采用先慢后快的加载路径；补料区摩擦因数为0.06;过渡区摩擦因数为0.01;成形区摩擦因数为0.06。最后通过内高压成形试验验证了工艺优化结果的可靠性。
基于机器学习的小弯曲半径管材绕弯成形截面畸变行为预测
谢琪龙;方军;尚文瑄;赵煜程;张文怡;李宇飞;林云峰;为了精确预测小弯曲半径21-6-9不锈钢管材绕弯成形截面畸变行为，优化工艺参数以有效控制截面畸变行为，采用有限元数值模拟方法，结合正交实验设计的方差分析，研究了工艺参数对小弯曲半径21-6-9不锈钢管材绕弯成形截面畸变行为影响的显著性及规律。通过RapidMiner机器学习平台对显著性工艺参数和最大截面畸变率ΔDmax进行了智能优化和同步预测，并对机器学习的可靠性进行了验证。结果表明，影响截面畸变率的显著性工艺参数依次为：芯棒伸出量e、芯棒直径dm、管材与压块的间隙Cp、管材与防皱块的间隙Cw、管材与芯棒的摩擦因数fm和管材与弯曲模的间隙Cb;截面畸变率随着e、dm、Cw的增大或Cp、fm、Cb的减小而减小；优化的显著性工艺参数和最大截面畸变率ΔDmax分别为：Cb=0.08 mm、Cp=0.055 mm、dm=5.232 mm、e=1.493 mm、Cw=0.15 mm、fm=0.152和ΔDmax=2.5%;机器学习预测结果与有限元模拟预测结果的相对误差仅为3.29%,可用于快速准确地预测小弯曲半径21-6-9不锈钢管材绕弯成形截面畸变行为。