本科毕业论文外文翻译外文译文题目（中文）： 学专院:业:机械自动化学院机械工程及自动化 2011 级 5班学号: 201103130195学生姓名:指导教师:潘海超李贵日期:二〇一五年三月一种能反映深拉深过程中加载和卸载影响的摩擦型模A friction model for loading and reloading effects in deep drawingprocessesD.K.Karupannasamy，J.Hol, M.B.de Rooij,T.Meingers,D.J.SchipperWear,2014, 318(1-2):27-39一种能反映深拉深过程中加载和卸载影响的摩擦型模D.K.Karupannasamy，J.Hol, M.B.de Rooij,T.Meingers,D.J.Schipper磨损杂志，2014年，318卷1-2期，页码：27-39摘要拉深是汽车车身部件金属板料成形使用最广泛的一种成形工艺。

为了模拟拉深成 形过程，有限元（FE ）方法被用来预测成形性。

有限元模拟的准确性取决于材料模型， 数值模拟技术和接触算法。

虽然，在成形过程中模具和板料的接触状态影响摩擦系数， 但实际上摩擦系数通常被视为一个常数，在有限元模拟中一般都采用库仑摩擦系数。

然而，基于局部接触条件和表面形貌的摩擦模型可以提高冲压成形预测的准确性。

现 在，对于接触模型用于表征有限元模拟中的摩擦本质表现出越来越大的兴趣。

在拉深 过程中，滑动接触主要发生在模具和板料的压边区域之间。

由于受模具几何形状的影 响，板料在成形过程中的材料流动和弯曲效应使得材料受到压缩，导致压边区的接触 力分别不均匀。

板料的表面在滑动时进行反复的接触从而影响局部摩擦条件。

本文的 目的是基于混合模式的表面变形开发一种滑动摩擦模型。

该摩擦模型考虑板料和模具 的表面粗糙度，以及板料流过凹凸区域的硬化过程。

此外，在正常载荷下，模具还会 对板料产生厚向挤压。

为了更加精确的描述载荷与摩擦之间的关系，本文采用一个椭 圆抛物面的形状来描述凹凸的几何形状特。

该模型已在旋转摩擦试验机上进行了多载 荷条件的实验，并对对数据进行了比较。

关键词：摩擦模型，拉深过程，凹凸平坦化，犁，边界润滑1. 引言1.1 拉深过程中的接触条件拉深过程涉及到金属板材成形为所需形状的模具和冲头。

当金属板材和模具之间 的模具圆角区域受弯曲和拉伸力 的合力时（如图 1 所示）复杂的接触状况就会发生。

当压边和模具圆角区域以及金属板材的表面在不同负荷下经历反复的接触时接触压力 会不均匀。

例如，当板材滑过模具圆角区（标记如 1–3 图 1）时板材表面局部会被加载 到很大的接触压力而其它部位是较低的接触压力。

在微观尺度上，表面之间的接触是离散的。

表面形貌是由微小的不规则形状组成，称为凹凸。

正如 Tabor 表明的那样微接触的连接形成由于施加的载荷影响摩擦。

连接理论得到了进一步的应用来开发解释表面接触变形过程的模型。

Greenwood ，Williamson 和 pullen ，Williamson已使用统 计方法来解释表面的变形过程。

金属塑性加工过程中表面变形是复杂的，接触模型已经发展到由 Wilson ，Sheu 和Sutcliffe [6] 在平面应力和应变的条件下利用楔状的凹凸解 释体积变形的过程。

各种实验技术也已发展到通过模拟拉深过程发生的条件来测量摩擦系数。

实验的选择取决于变形过程怎样控制。

以一个简单的拉深过程（例如拉深试[1][2] [3] [4] [5]验或U形条拉拔试验）作为测试方法，冲头力可以被测量来量化表面粗糙度和润滑的影响。

一个杯形件拉深过程有限元模拟的接触压力图1.拉深成形过程接触条件的有限元模拟然而对于表面变形的个别因素像正常加载，拉伸和反复接触的影响则不能量化。

带钢拉伸试验已被ter Haar[7]用来测量表面变形（由于正常的加载和预拉伸）和滑动速度对拉深过程的影响并且构建了Stribeck曲线。

摩擦几乎不受体积成形过程影响。

[8]roizard等人也用带钢拉伸试验测量金属板料成形的摩擦来研究重复接触和温度的影响。

他们发现，在反复接触的条件下摩擦系数因材料粘合剂转的移而增加。

埃蒙斯 只 在正常载荷条件下用旋转摩擦试验机研究了表面粗糙度，润滑和各种组合材料的影响。

乔纳森等人 用拉伸弯曲试验使用不同材质的表面通过复制模具半径的变形区来测量 摩擦。

维柯兰德等人 也采用弯拉试验验证了在正常载荷和体积变形以及润滑影响的 条件下对于不同的表面材质和各种滑动速度的板材的一个摩擦模型。

现今有各种各样 的接触模型与已发展的实验被进行来解释拉深过程中的摩擦磨损行为。

模型和实验之 间的相关性仍然缺乏对个别影响因素的考虑。

本文着重于提高与正常加载和重加载表 面相关的已被发展的摩擦模型的预测能力。

由于表面粗糙度和弯曲力的分别变化，体 积变形复杂性增加了带钢拉伸试验以及拉伸弯曲试验的摩擦测量的困难性。

用接触模型来预测摩擦系数在 中被描述，此部分讨论了在正常负载和体积变形的凹凸平坦化，耕犁，第三体效应，边界润滑和混合润滑条件的影响。

但是板材表面的变形被认 为是刚塑性的。

目前的工作重点是改善用于加载和重加载条件下的混合变形模式的接 触模式。

1.2.接触模型模具和板材表面名义上是平的。

当两个名义上的平表面接触时，接触仅发生在一 定的点，如图 2 所示。

因此，通常实际接触面积比名义接触面积较小。

接触表面因粗 糙度水平的不同而不同。

模具表面通常比板材表面光滑。

在接触模型中，可以假定在 工件（板材）光滑粗糙尺度 是光滑的。

平滑的模具将使工件表面粗糙度降低。

当遇 到加载/卸载表面时凹凸表面将经历变形的混合模式。

Jamari 和 Schipper 的弹塑性接 触模型用来解释重新加载接触条件下工件的凹凸变形。

在一个较小的范围内（即，模 具表面粗糙度水平），模具凹凸缩进到扁平的工件。

在滑动过程中，收缩的模具凹凸在工件上产生耕犁。

在弹塑性接触条件下梅森等人 提出了一种模具压痕模型来计算 磨损过程。

摩擦系数的计算是基于由 Karupannasamy 等人 提出的模具凹凸的耕犁模型。

[9][10][11][12-21] [12][22][23] [13]图 2.拉深成形过程中模具和板材金属表面之间发生的接触1.3.凹凸表征表面是用一个像素高度的矩阵表示的。

随着接触载荷的增加，表面分离减少。

对 于一个已知的表面分离，接触斑位于高度矩阵。

接触斑通过连接像素的方法鉴别。

在 接触斑确定之后，其以椭圆抛物面为特征，使用由德罗阿等人 给出的接触斑的体积和面积。

这提供了一个更好的关于凹凸的描述相对于圆锥形或球形根据 。

该接触斑基底面积是使用半长和半短的椭圆来描述的，a 和 b 相对椭圆滑动方向的方向如图 2 所示。

椭圆抛物面体在长轴和短轴的方向用 RX 和RY 表示。

2.单粗糙峰变形模型一种凹凸的接触随着载荷的增加经历三种不同模式的变形，即弹性，弹塑性和塑 性变形。

当载荷增加到临界载荷超出弹性范围时，可塑性就会发生。

可塑性发生在表 面之下。

然而卸载后凹凸一部分变形区域仍保持弹性，而其余部分的变形得到了恢复。

由于塑性变形导致了凹凸的几何形状的变化。

因此刚性平面的半球状的凹凸变形的有 限元模拟模型由 Shankar 和 Mayuram[25] 提出。

最初，塑性变形区开始于凹凸中心下方一个小的包含区域。

由于压力是有限的在凹凸的顶端是静水压力状态的条件。

塑性变 形区的四周是静压核心和弹性变形区域正如约翰逊 所提出那样。

随着负荷进一步增 加，静压核心与弹性区域之间的塑性区会有所变化。

当达到一个全塑性变形阶段，静 压核心和弹性区被塑性区包围。

大量的努力已经投放到单粗糙峰 混合变形模式接触模型的研究中。

2.1. 凹凸的加载[24][14,23,24][26] [27-29]椭圆抛物面的凹凸负荷模型是在本节根据介绍的。

2.1.2.弹性接触从Hertz弹性理论，弹性接触面积和负载是就其凹凸的干涉及其几何形状来表示的。

弹性接触面积，椭圆抛物面的弹性接触面积Ae给出为：（1）平均有效半径R的粗糙被给出为：（2）对于弹性接触的情况下，无量纲参数分别为:(3)(4)(5)椭圆积分E（m)和K（m）近似为:（6)(7)其中:(8)(9)凹凸曲率比被定义为：[30][30](10)在弹性条件下椭圆抛物面的凹凸接触负荷被定义为：(11)对于给定的几何形状和材料性质出现塑性时主要的干涉的计算用赫兹接触理论。

平均接触压力给出为：(12)根据 Tabor 当平均赫兹接触压力超过接触压力因素时全塑性变形发生。

接触压力 的因素是与材料的硬度和硬度系数有关的：(13)与冯米塞斯材料的泊松比有关的硬度系数从剪切应变能准则根据 给出了相关计算公式：(14)可塑性的临界干涉从(12）-（14）的公式中给出：(15)2.1.2.完全塑性接触在完全塑性区，由凹凸表面造成的接触压力等于材料的硬度。

正如 Abbott 和Firestone 所描述那样对于塑性变形粗糙峰接触载荷和面积是通过简单的截断的粗糙 的几何形状获得的。

在全塑性条件下的椭圆抛物面粗糙峰接触面积为：（16）在接触条件下塑性载荷被给出为:（17）[2] [31] [32]对于干涉用一个确切的描述来实现完全塑性变形是人们所不知道的，他是通过采用约翰对于全塑性变形的标准来估计的。

根据约翰逊，在接触载荷等于400倍的第一塑性屈服负荷时全塑性变形发生。

首先通过再一次假设平均接触压力等于该材料的硬度来计算屈服载荷：（18）在求解方程（18）之后，对于全塑性变形的过渡干涉给出为：（19）参数CA为第一塑性屈服接触面积的临界接触面积比。

对于钢，C A= 160由Jackson 和Green给出。

对于球形钢接触（λ=1），过渡可以进一步简化为：（20）2.1.3. 弹塑性接触Zhao等人通过提供弹性和塑性接触区之间的平滑过渡给出了一种弹塑性接触模型（ZMC-模型）。

在弹塑性变形模式下，接触面积从一个完整的椭圆面积变化为半椭圆面积。

Zhao 等人使用了过渡干涉加入两渐近线的接触面积的多项式表达。

相对干涉被定义为:（21）接触区的塑性变形过程在弹性收缩后被给出为：（22）从平均接触压力和弹性–塑性变形过程中的接触面积性得到的弹塑料接触载荷为：（23）2.2.单粗糙峰接触卸载[26][33][29]武汉科技大学本科毕业设计外文翻译在拉深过程中，摩擦系数不仅受表面的载荷也受到反复作用下的荷载的影响。

当凹凸在一个接触压力变形和在一个较低的接触压力再次进行加载时，凹凸会弹性变形因为塑性变形已在第一次加载阶段发生。

这将影响变形体的接触面积和接触载荷。

在弹性变形模式下，接触载荷小于塑性载荷。