常用物理模拟材料选取技巧

模拟材料是指进行模拟实验时所用材料，其可以是实物材料，也可以是替代材料。选择合适的模拟材料是模拟实验首先应该考虑的问题。模拟材料的选择主要取决于模拟研究的内容。对于塑性成形过程的物理化学方面的模拟研究，通常应选择同种的实验材料；而对于塑性成形过程的位移、应变和应力分布以及金属流动规律方面的模拟研究，则一般选择非实物材料的模拟材料。此时，所选用的模拟材料除应满足上述的塑性模拟准则外，还应考虑如下问题：模拟实验时所需载荷小；模拟材料易于得到，成本低；试件和实验工模具加工方便；实验时试件性能稳定；实验数据的测量计算方便可靠；能在室温下模拟高温塑性变形（这一点对于高温塑性成形的模拟研究特别有利）^[16]。

图1-4-29 平均压力随坯料直径修正系数

目前常用的塑性成形模拟材料，除实物材料外还有以下四类：

（1）软金属材料 铅、铝、铜、锡等都属于这类材料，其中铅的应用较为广泛。铅的屈服应力较低，对应变速率有一定的敏感性，室温变形时会发生再结晶，因此能在室温下模拟钢的热态成形。(www.xing528.com)

（2）粘土类材料 其代表是塑泥（Plasticine），有黑、白、青、绿、灰等十几种颜色，其主要成分是碳酸钙，还有矿物油、氧化铁、氧化硫、碳酸镁和颜料等。实验表明，室温下塑泥与热态钢的应力应变曲线是相似的，当用碳酸钙粉做润滑剂时，其摩擦因数与钢热态变形时的相当。因此，可用来模拟钢的高温塑性成形。此外，塑泥的变形抗力小，模拟实验时所需载荷低，实验工模具制造较为方便。缺点是试件的稳定性较差，变形后的形状尺寸较难保持，从而影响试件实验数据的准确测量。

（3）蜡 蜡的种类很多，其中常用的是熔点为54℃的石蜡。用蜡作为塑性模拟材料的优点是：能预先在试件上着色，便于了解试件各部分的流动情况和位移；能借助石蜡的结晶性观察材料内部结晶的变化和流动状态；保持试件变形后的形状尺寸较塑泥的容易，因而对薄壁成形件的模拟较为有利。缺点是蜡的应力应变关系受温度和应变速率的影响较大，蜡的试验温度应略高于室温，再加上蜡的种类多、性能各异，这些都给模拟实验带来较大的麻烦和误差。

（4）高分子材料 用高分子材料作为弹性模拟材料模拟金属构件受载后在弹性范围内的应力应变状态，已相当普遍；而用作塑性模拟材料模拟金属塑性成形也已得到应用。实验表明，用有机玻璃进行塑性平面压缩所得到的应变分布曲线，和用铅进行同样试验得到的应变分布曲线相当一致。由于高分子材料具有记忆特性，因此用于塑性模拟实验具有特殊的作用。但是，用高分子材料进行塑性模拟实验时，一般应有一定的温度条件，这给实验带来一定的麻烦。

对于模拟材料的选用，应根据实验目的和具体实验条件来确定。例如，模拟钢的热锻时，可选用铅或塑泥在室温下进行，模拟金属的塑性变形流动时，则可以选用塑泥或蜡的混合物。