冷轧钢单拉本构关系与韧性断裂参数研究

以SPCC钢为研究对象并采用拉伸试验与有限元模拟相结合的方法来获得准确表征颈缩后材料变形行为的本构关系与韧性断裂参数值。通过试验得到了工程应力-应变曲线,使用SEM观察断口形貌并分析了断裂机理。利用Abaqus软件进行三维拉伸模拟,对颈缩后工程应力-应变曲线进行拟合,获得了最优拟合的本构关系。假定等效断裂应变与应力三轴度间关系为反比例函数,利用反求法使得实际断裂应变与具体变形路径下的累积名义断裂应变相等,从而确定了断裂参数值。模拟结果表明,材料模型能够准确描述整个变形过程,合理预测韧性断裂的发生。此外,模拟中颈缩发生时等效应变值与理论计算值吻合度很高,证实了模型的可靠性。     

一种基于应力三轴度的断裂准则及其在剪切工艺中的应用

将拉伸均匀变形阶段应力-应变的外推曲线作为初始本构关系,通过反复迭代拟合载荷-位移曲线来确定真实本构关系,很大程度上提升了材料模型的可靠性。采用试验与有限元模拟相结合的方法来研究缺口试样的断裂情况,获得了不同应力状态下应力三轴度与断裂应变间的关系曲线,并以此作为材料发生韧性断裂的判据。将基于拉伸试验获得的材料模型应用于剪切有限元模拟中来预测断面质量,采用ALE方法来提高单元网格质量,利用单元删除法来模拟裂纹的萌生与扩展,分析了剪切机制与损伤分布。最后,对冲裁断面形貌进行试验验证,模拟结果与剪切试验结果吻合程度高。     

40Mn钢高温高应变速率塑性本构行为

为研究40Mn钢在高温高应变速率下的塑性本构行为，利用分离式霍普金森压杆装置对40Mn钢开展了高温(650℃)和高应变速率(1700、2800、3500、4600和5500 s^-1)下的压缩实验。实验结果显示，在应变速率高于4600 s^-1时，40Mn钢的应变速率强化效应明显减弱。对测量获得的应力和应变数据进行Johnson-Cook塑性本构模型拟合。利用MATLAB进行了材料塑性本构参数的优化，并在有限元模拟中应用了所构建的本构模型。通过对比有限元模拟和实验测量的高速压缩后的试样高度，验证了所构建本构模型及优化后的模型的预测精度。     

A356铝合金的高温流变行为及本构模型研究

A356铝合金的高温流变特性和本构模型对其应力状态起着重要的作用,为铝合金流变成形过程的有限元模拟奠定了重要的基础.从A356铝合金轮毂铸造坯料上制取拉伸试样,利用Instron 3369型实验机进行等温拉伸实验,实验温度为300～375℃,应变速率为0.001～0.1 s-1.由此得到的真应力-真应变曲线表明,温度和...     

基于单向拉伸的7A09铝合金本构方程

通过不同温度及应变速率下的单向拉伸试验，获得了7A09铝合金板材关键力学性能参数的变化规律。结果表明：在应变速率一定的条件下，当温度降低时，7A09铝合金的抗拉强度与流动应力随之升高，当温度升高时，断后伸长率有明显提高。基于Fields&Backofen本构方程，建立7A09铝合金温拉伸时的应力-应变本构模型，分析和探讨了在不同温度状态下7A09铝合金的强化规律。结果表明：7A09铝合金的应变强化指数随着温度的升高而减小，而应变速率敏感性指数则显著提高，应变速率的强化作用得到了显著增强。以温成形技术生产的桁条加强件为例，利用本构模型进行有限元模拟，确定成形速度为5000 mm·s^-1时，零件减薄率最小；温度为175℃时，零件壁厚分布最为均匀，最小减薄率仅为3.8%。     

Ti-22Al-25Nb合金板材高温拉伸变形行为的本构模型

在1203～1283 K的温度范围内,以20 K的温度间隔对O相Ti-22Al-25Nb合金进行了等温单向拉伸试验,应变速率为2.5×10^-4、5.0×10^-4、1×10^-3、2×10^-3、4×10^-3、1×10^-2和5×10^-2 s^-1,并对不同变形温度下的试样组织进行了表征。通过实验结果,确定了本构模型的材料常数;α₂+B2/β+O三相区(1203～1243 K)和α₂+B2两相区(1243～1283 K)的拉伸变形激活能分别为845 165和412 779 J/mol。构建了Arrhenius本构模型来描述Ti-22Al-25Nb合金在不同温度下的拉伸变形行为。     

基于单轴拉伸试验、模拟及优化方法的材料本构识别

基于材料单轴拉伸试验及与其有限元模拟的结果的对比,采用优化方法对材料本构模型参数进行识别。假定材料的应力应变关系可以用Ludwick型本构模型来拟合,以材料单轴拉伸试验拉伸载荷-位移关系曲线与有限元数值模拟得到的拉伸载荷-位移曲线的差值的绝对值作为目标函数,以材料本构参数为设计变量,建立了材料本构参数识别优化模型。采用多目标粒子群算法,通过使目标函数极小化来识别材料本构参数。以Q235钢为例,获得了拉伸试验试件颈缩后的真应力与真应变的本构关系,验证了该方法的有效性。     

TC4钛合金电热拉伸变形行为有限元模拟

为研究拉伸速率和温度对TC4钛合金性能的影响,采用电-热-力完全耦合方法,运用林建国统一粘塑性本构模型,使用有限元分析软件ABAQUS,对不同温度和拉伸速率下的TC4钛合金电热拉伸过程进行模拟研究,并选取目标温度为750℃、拉伸速率为1 mm·min-1的这一组模拟结果与试验结果进行对比.对比结果显示:有限元模拟中通电...     

基于应力的断裂准则对AA7075-T6韧性断裂行为的预测研究

通过试验研究了AA7075-T6在剪切、单轴拉伸和平面应变拉伸应力状态下的塑性变形和韧性断裂行为。然后采用Swift-Voce硬化定律和pDrucker屈服函数表征了板材在不同加载状态下的塑性变形特性。最后，采用基于应力的pDrucker韧性断裂准则表征了不同应力状态下塑性变形过程中的韧性断裂行为。为了提高数值模拟预测精度，塑性本构模型和pDrucker韧性断裂准则参数均采用试验-模拟相结合的逆向工程方法进行优化标定。将有限元预测的韧性断裂位移与不同试件载荷-行程曲线进行了比较。结果表明，通过逆向工程优化的pDrucker韧性断裂准则能够准确描述AA7075-T6不同应力状态下的韧性断裂行为。     

无取向电工钢剪切仿真Johnson-Cook模型参数确定及剪切过程研究

为了建模仿真分析无取向电工钢剪切加工过程,首先使用万能试验机对4种35WW300无取向电工钢拉伸试样进行不同应力三轴度的拉伸实验,获得拉伸过程中的载荷-位移曲线和Johnson-Cook模型参数。其次,利用Abaqus有限元软件建立拉伸试样的准静态仿真模型,得到表面光滑、圆弧缺口、V形缺口和剪切等4种试样的应力三轴度大小分别为0.333、0.483、0.550和0.050,并根据拉伸实验数据结合仿真模拟结果进行数据拟合,得到无取向电工钢剪切模拟的Johnson-Cook本构方程和断裂准则模型参数,完成建模。最后,通过无取向电工钢在不同剪切间隙的横向剪切加工实验与数值模拟的特征带参数对比,验证了Johnson-Cook模型及拟合参数对模拟无取向电工钢塑性变形和剪切断裂过程的有效性,表明所建立模型用于仿真分析电工钢剪切过程可行有效。     

核电用316LN奥氏体不锈钢延性断裂阈值研究

在Gleeble-1500D模拟机上对核电用316LN奥氏体不锈钢的热拉伸行为进行了研究,获得了钢在变形温度900~1200℃、应变速率0.01~1 s-1条件下拉伸变形的真应力-真应变曲线。通过Deform-3D有限元软件模拟了热拉伸过程,利用迭代法对试样颈缩后对应的真应力-真应变曲线进行修正。对试样颈缩前塑性变形部分对应的真应力-真应变数据拟合处理,得到了不同变形条件下316LN奥氏体不锈钢的硬化指数。将修正后的真应力-真应变曲线和计算得到的硬化指数导入Deform-3D软件中模拟热拉伸过程,计算得到了316LN奥氏体不锈钢热变形时的断裂阈值。     

材料模型对1Cr18Ni9Ti管材拉伸有限元仿真的影响

为研究材料模型对有限元模拟1Cr18Ni9Ti管拉伸的影响,将管材单向拉伸试验获取的真实应力应变曲线分别拟合成线性硬化和指数硬化材料模型,并用于有限元模拟。经对比分析认为,采用真实应力应变模型的分析结果与实验结果吻合良好,并能正确显示出颈缩发生时刻和颈缩形状;采用指数硬化模型的有限元模拟结果接近真实应力应变模型,颈缩区应力应变分布略显分散;采用线性硬化模型的有限元模拟结果未能显示实际管拉伸后期的局部颈缩形状。     

基于应变补偿和修正项的新型铝锂合金温热变形本构模型

采用UTM5000电子万能拉伸试验机,在变形温度573~648K和应变速率0.001~0.1s-1条件下对2060-T8铝锂合金进行等温恒应变速率拉伸试验,得到其在变形过程中的真应力-真应变曲线,建立了基于应变补偿和修正项的温热变形本构方程。通过扫描电子显微镜(SEM)分析拉伸断口,对2060-T8铝锂合金的温热变形行为进行研究。结果表明：2060-T8铝锂合金对变形温度和应变速率具有较高的敏感性,流变应力曲线呈现出应变硬化和流变软化的特征,随着变形温度的升高和应变速率的降低,稳态流变特征逐渐消失,其在温热变形条件下的断裂形式为韧性断裂。修正的本构模型与实验值吻合度较高,可以为2060-T8铝锂合金温热变形的有限元模拟提供前提条件。     

新型铝锂合金温热拟静态拉伸实验及其流变应力的预测计算

采用UTM5000电子万能拉伸试验机,在变形温度573～648 K和应变速率0.001～0.1 s~(-1)条件下对2060-T8铝锂合金进行等温恒应变速率拉伸试验,得到其在变形过程中的真应力-真应变曲线,建立了基于应变补偿和修正项的温热变形本构方程。通过扫描电子显微镜(SEM)分析拉伸断口,对2060-T8铝锂合金的温热变形行为进行研究。结果表明:2060-T8铝锂合金对变形温度和应变速率具有较高的敏感性,流变应力曲线呈现出应变硬化和流变软化的特征,随着变形温度的升高和应变速率的降低,稳态流变特征逐渐消失,其在温热变形条件下的断裂形式为韧性断裂。修正的本构模型与实验值吻合度较高,可以为2060-T8铝锂合金温热变形的有限元模拟提供前提条件。     

汽车用6xxx系铝合金薄壁件的韧性断裂行为

针对汽车用6xxx铝合金薄壁件,采用准静态拉伸实验获得材料的真实应力—应变曲线,通过线性回归拟合的方法得到6061和6063材料的Johnson-Cook本构参数A、B、n值分别为90 MPa、422.58 MPa、0.5234和60 MPa、323.57 MPa、0.428。为了准确地预测铝合金变形过程中的开裂行为,将Crockroft-Latham韧性断裂准则引入到数值模拟中,计算出6061和6063铝合金材料的韧性断裂常数分别为334.09 MPa和309.79 MPa。对铝合金缺口试样拉伸实验和汽车铝合金薄壁件压缩实验进行数值模拟和实验验证,发现试样的力和位移曲线以及断裂位置与仿真预测结果吻合度较高,该方法能够方便、准确地预测两种铝合金材料薄壁件的开裂行为。在实际的工程应用中,该方法成为判断材料的断裂失效的一种有效的方法。     

基于内变量的TA15板材室温拉伸力学性能预测模型

通过真空退火处理得到具有不同β相含量的TA15板材,并对其进行室温单轴拉伸试验,获得不同β相含量板材的真应力-应变曲线,并采用Bridgman公式对颈缩阶段应力进行了修正。结果表明:随着β相含量的增加,拉伸断裂应变明显增大。分别考虑α与β相室温变形行为,基于连续损伤力学建立了一套耦合位错密度和微观损伤的单轴拉伸本构模型。通过不同β相含量试样的应力-应变曲线,采用遗传算法确定本构方程常数。利用β相含量为18.63%和20.04%的试样的应力-应变曲线对所建模型进行验证,计算值与试验值吻合较好。     

5052铝合金冲压成形过程中韧性断裂的仿真研究

对5052铝合金进行单向拉伸试验,使用试验曲线拟合Voce模型参数。观察拉伸试样断口形貌,并使用光学显微镜测量拉伸试样断口的最小厚度。结合单向拉伸仿真和试验结果,求解得到Cockcroft-Latham韧性断裂准则中的材料参数。将Voce模型和Cockcroft-Latham韧性断裂准则引入球头胀形仿真,并进行试验对比。结果表明:采用该拟合的Voce模型和Cockcroft-Latham韧性断裂准则预测所得零件开裂位置和裂口形状与试验结果吻合,采用的基于有限元仿真与简单试验相结合的材料参数反求方法具有求解方便、计算精度高的优点。     

喷丸强化TC4钛合金残余应力对其韧性断裂影响的数值分析

建立单丸喷丸的三维实体模型,模拟喷丸强化TC4钛合金的残余应力场。将喷丸残余应力场导入TC4钛合金拉伸试样模型,利用GTN模型分析残余应力场对拉伸试样韧性断裂行为的影响。结果表明,喷丸残余应力场能够有效提高拉伸试样的抗拉强度,但会加快试样的韧性断裂速率。     

7075铝合金高温变形及损伤极限

在350、400和450℃温度下,对7075铝合金拉伸试样进行了应变速率0.001、0.01和0.1s-1的恒应变速率法拉伸试验;对预缩颈试样进行了速度为0.9和9mm·min-1的恒速拉伸试验;利用DEFORM-2D有限元软件对恒速拉伸过程进行模拟。结果表明:变形温度为影响7075铝合金断裂极限的主要因素;7075铝合金在研究温度范围内C~L损伤模型临界损伤值在0.79~1.42范围内变化;棒料拉伸过程中损伤值由中心向表面逐渐减小。     

高强度低碳贝氏体钢拉伸断口分离现象及机理研究

针对拉伸断口分离问题,对热轧高强度低碳贝氏体钢进行了纵向常规拉伸实验和三主轴方向短试样拉伸实验.结果表明:在纵向和横向取样的拉伸实验中均发生了断口分离现象,分离面均垂直于厚度方向,即平行于轧面.通过对断裂试样分离裂纹的SEM观察发现,分离面具有明显的低塑性解理断裂特征.利用三主轴方向短试样拉伸实验证明了原始钢板在纵向、横向和厚度方向上具有相似的强度和塑性性能.通过有限元模拟的方法,对颈缩过程中侧向拉伸应力的水平进行了估算,发现即使在颈缩程度非常严重时,侧向拉应力仍远小于主拉伸应力.由此提出了拉伸过程中沿厚度方向由塑性到脆性的转变机制,并进一步揭示了断口分离并非意味着钢板沿厚度方向存在性能差异,而是由于贝氏体自身特有的力学性能导致的,是经严重的拉伸塑性形变后织构状态演变、晶界重分布以及三向应力状态出现综合影响的结果.