数字图像相关法的板料成形极限研究与应用

为了克服现有板料成形极限测定方法的不足,采用XJTUDIC三维数字散斑应变测量系统,实现了一种基于数字图像相关法的板料成形极限测定新方法。首先,将测量系统架构在杯突试验机上,记录从试验过程初始到破裂的一系列图像,实现应变在线、全场测定。然后,通过对破裂前的最后一张图像进行截线,拟合数据,对颈缩区域插值得到极限应变,从而绘制成形极限曲线图。最后,通过对SPCC36型号碳钢材料板料件成形极限的测量,验证了本文方法的可行性和有效性。     

数字图像相关法的板料成形极限研究与应用

为了克服现有板料成形极限测定方法的不足,采用XJTUDIC三维数字散斑应变测量系统,实现了一种基于数字图像相关法的板料成形极限测定新方法.首先,将测量系统架构在杯突试验机上,记录从试验过程初始到破裂的一系列图像,实现应变在线、全场测定.然后,通过对破裂前的最后一张图像进行截线,拟合数据,对颈缩区域插值得到极限应变,从而绘制成形极限曲线图.最后,通过对SPCC36型号碳钢材料板料件成形极限的测量,验证了本文方法的可行性和有效性.     

双相钢的成形与断裂极限性能分析

为分析双相钢的变形与断裂行为、评估其成形性能,以典型双相钢DP780和DP600为研究对象,采用实验与计算方法得到了两种双相钢材料的成形极限曲线和断裂极限曲线,通过观测不同应变路径状态下试样的断裂形态,分析材料成形极限与断裂极限曲线,并与传统低合金高强钢比较,研究了双相钢材料不同应变路径下的变形特性。结果表明:随着应变路径状态由单向拉伸向双向拉伸变化,双相钢的断裂主应变逐渐降低,且在断裂前会有明显的颈缩阶段,而当应变路径为双向等拉状态时,材料在断裂前无颈缩特征出现,表现为脆性断裂,这与传统低合金高强钢不同,双相钢的这一特性应主要由双相钢的铁素体和马氏体软硬两相组织决定。     

基于棒材拉伸试验确定金属材料真实应力应变关系的研究

根据颈缩段塑性变形前后体积不变的原理,并假设拉伸试棒颈缩后的轮廓为圆弧,推导出了颈缩段最小直径和颈缩段轮廓半径的计算公式。依据计算出的颈缩段最小直径和颈缩段轮廓半径,可以计算出材料的真实应力和真实应变。考虑到试样颈缩部位处于三向应力状态下,对计算得到的真实应力依据Bridgman的应力公式进行了修正。通过采用的真实应力应变的计算方法,对TC4材料单向拉伸的试验数据进行处理,获得了TC4材料的真实应力应变曲线。基于TC4真实应力应变曲线和拉伸试验条件,建立TC4材料单向拉伸试验的有限元模型,利用获得的力和位移曲线与单向拉伸试验获得的曲线进行比较,结果高度吻合,证明了这种计算真实应力应变方法的可行性和工程实用性。     

高伸长率QP钢在高应变速率下的力学特性

为研究高伸长率QP钢的动态力学特性,以两种强度级别的QP钢为研究对象,进行准静态和高应变速率下的单向拉伸试验,得到了不同应变速率下的应力-应变曲线。通过对试验数据的分析,研究了应力与应变速率的关系,并提出动态本构模型来描述QP钢的动态力学特性。基于QP980制作的帽型梁零件,使用HyperWorks进行建模,使用LS-DYNA进行模拟轴向压溃过程的计算,并与实际碰撞试验结果进行对比和验证。通过分析发现:QP钢具有明显的应变速率效应,而且应变速率硬化与相对应变速率不呈线性关系。QP钢帽形梁碰撞试验与仿真对比表明,使用修正的Johnson-Cook模型能较好地描述QP钢在不同应变速率下的动态力学特性。     

Q&P钢微观组织及力学性能试验研究

以先进高强钢QP钢为对象,研究其微观组织结构及力学性能。对试样进行了单向拉伸试验,对不同材料的拉伸断口进行了SEM分析,并对不同变形程度的试样进行了XRD分析。结果表明,QP钢的硬化指数n值较高,硬化行为明显,相比DP钢、MS钢具有较好的塑性成形能力;QP钢属于韧性断裂,韧窝较大较深,塑性性能优于DP钢和MS钢;QP钢中的残余奥氏体体积转化率与应变大小和应变率相关。     

考虑单向拉伸横向应变演化的本构模型材料参数测定

有限元数值模拟的精度不但与本构模型的描述能力有关,而且与其材料参数的测定方法密切相关。该文以由Hill1948屈服函数和Swift等向强化模型组成的本构模型为例,比较了不同的材料参数测定方法对单向拉伸的轴向应力-轴向应变、横向应变-轴向应变试验数据的预测能力。参数测定方法采用了两种,一种是传统方法,即使用r值计算屈服函数系数,采用轧制方向单向拉伸应力-应变数据拟合强化模型参数;另一种是考虑单向拉伸横向应变演化的反向优化法,即使用不同方向单向拉伸轴向应力-轴向应变和横向应变-轴向应变试验数据,同时求解屈服函数和强化模型的材料参数。结果表明,当使用传统方法时,所得材料参数不能很好描述与轧制方向成45°方向的单向拉伸数据;当使用考虑单向拉伸横向应变演化的反向优化法时,所得材料参数能够较准确描述各个方向的单向拉伸力学性能。     

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。     

钢板拉伸颈缩致断裂的应变局部化过程

利用MTS810实验机和Zwick HTM5020高速拉伸实验机对钢板进行不同应变率加载下的拉伸实验。利用数字图像相关性方法 (Digital Image Correlation,DIC)对拉伸过程中试件表面的应变场进行分析,得到标距段和颈缩区两个区域沿拉伸方向的平均应变历史曲线,其结果显示两曲线的分离时刻即为非局部化颈缩起始点;该分离时刻点与准静态下的Considere判据和动态下的Batra理论得到的颈缩点一致。DIC分析云图形象的显示了试样拉伸过程中从颈缩开始致断裂的应变局部化演化过程。提取云图中典型位置的应变分布曲线,获得不同时刻相同位置的真应变大小。此外,试样的局部断裂应变随应变率的增加而增大。     

ARAMIS应变测量系统在铝合金材料拉伸试验中的应用

对5052铝合金板材进行了单向拉伸试验,利用ARAMIS三维光学变形和应变测量分析系统获得了铝合金材料在拉伸过程中的应变场。试验结果表明,利用ARAMIS系统可以动态、准确地测量铝合金板材在拉伸过程中的应变,获得应变云图;通过拉伸过程中各阶段的应变分布云图和不同位置处的应变变化曲线,结合金属学原理,可以深入了解金属拉伸过程屈服阶段吕德斯带的形成以及变化情况,并测量得到铝合金材料发生颈缩失稳现象时的应变集中带,有助于深入了解铝合金材料变形破坏机制。     

基于双向拉伸试验的QP980汽车高强钢复杂变形行为分析

为了探索QP980先进汽车高强钢的复杂变形行为，采用Z100双向拉伸试验机进行了十字形拉伸试样设计，在标准试样的基础上进行了优化并通过仿真模拟对中心变形区域的受力情况进行了分析，验证了试样的有效性。研究了金属薄板双向拉伸试验的屈服轨迹的计算方法，对QP980先进汽车高强钢分别采用力值比、应变速率比和位移速率比3种控制方式进行双向拉伸试验，加载比例分别为4∶0、4∶1、4∶2、4∶3、4∶4、3∶4、2∶4、1∶4和0∶4,根据塑性功相等原则计算获得了不同加载路径下QP980高强钢的屈服轨迹，通过对比分析采用应变速率比控制和力值比控制的屈服轨迹一致性更好。     

淬火分离钢板成形性能的研究及应用

淬火—配分(QP)钢是近年来发展起来的一种含有残余奥氏体的低碳低合金高强度钢板。本文通过单向拉伸试验得到了QP980钢板的基本力学参数,通过动态拉伸试验得到了QP980钢强度与延伸率随着应变速率变化而变化的曲线。并通过QP980钢试验模的开发对其优良的成形性能进行了验证。结果表明:QP980钢板具有良好的静态和动态力学性能,其实际冲压成形能力接近DP590钢板,明显强于DP780和DP980钢板。     

光学应变技术在QP钢成形极限试验中的运用

采用光学网格应变分析技术对QP钢进行成形极限试验,评价两种QP钢的成形性能,并与传统的DP钢进行比较。结果表明,和原有的测量方式相比较,光学网格应变分析方法可靠性高,测量较为准确,能够消除人工测量产生的差异;和传统的高强钢DP980相比,第三代汽车用高强钢QP980和QP1180具有较好的成形性能。     

不同应力状态下St14-T冷轧薄板本构关系研究

采用液压胀形试验分析了双向拉伸变形过程板材的应力梯度和应变分布 ,确定了双向拉伸变形状态下板材的应力应变关系曲线 ,探讨了不同应力状态下板材的本构关系。研究结果表明 ,不同应力状态下板材的本构方程存在一定的差异 ,双向拉伸变形条件更有利于发挥材料塑性变形的潜力。与单向拉伸相比 ,双向拉伸变形更有助于板料变形的均匀化 ,并抑制颈缩的产生和进一步扩展     

考虑TRIP效应的QP980超高强度钢多相本构模型

Q&P钢是一种高强度高塑性的第三代先进高强度钢种,合理的微观组织结构和塑性变形过程中引发的相变诱导塑性,是决定其力学性能的关键因素。通过SEM观察确定QP980的微观组织为板条马氏体、铁素体和残余奥氏体的混合组织。由XRD实验测量得到QP980钢板在单向拉伸状态下不同应变量对其残余奥氏体转化量的影响规律,发现QP980中残余奥氏体的体积分数随应变量的增加呈非线性下降的趋势。根据O-C马氏体相变动力学模型,得出QP980中残余奥氏体含量和等效应变的关系函数。根据等功原理和混合硬化准则,建立了考虑TRIP效应的QP980多相本构模型,并与QP980单向拉伸实验得到的应力应变曲线对比,验证了该模型的有效性。     

汽车仪表盘PP材本构关系计算

利用PP材料拉伸试验的位移载荷曲线,结合弹塑性力学中的相关假设,分阶段计算该材料的真应力-真应变曲线,并利用LS-DYNA显示分析算法,输入该真应力-真应变曲线,模拟计算该材料的单轴拉伸试验,通过模拟结果与试验结果的比较,验证了真应力-真应变曲线的有效性。同时提出了一种塑性材料颈缩阶段的本构简化模型。     

不锈钢覆铝板成形极限的理论分析和实验验证

在Ｈｉｌ的各向塑性异性条件下推导了不锈钢覆铝板成形极限的计算模型。在应变比为负（β＜０）的区域,根据Ｈｉｌ的局部颈缩理论推导出了复合板的局部颈缩条件式;在应变比为正（β＜０）的区域,先根据Ｓｗｉｆｔ理论推导出了复合板的扩散颈缩条件式并计算出出现扩散颈缩的应变,然后在此基础上根据修正Ｍ－Ｋ理论推导出了复合板的局部颈缩的极限应变计算式。计算结果与实验数据吻合较好,发现复合板的成形极限介于其母材之间,并随着其母材中成形性好的材料的厚比增大而提高。     

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。     

原位自生TiB_2/6061铝基复合材料高温力学性能

通过搅拌铸造法制备实验用TiB_2/6061铝基复合材料,对室温和高温下6061铝合金和Ti B2/6061铝基复合材料的硬度、拉伸性能和断裂特性进行了研究。用扫描电子显微镜分析了两者的微观断裂形貌。试验表明:添加TiB_2颗粒使6061铝合金的力学性能大幅改进。在20~500℃拉伸试验,同一温度下TiB_2/6061的极限抗拉强度比6061铝合金的大;随着温度的升高,两者的抗拉强度均下降;在高温下,TiB_2/6061拉伸断裂颈缩较小;在20~200℃,6061铝合金的拉伸沿45°斜面断裂。随着温度升高,有明显颈缩,延展性增强。     

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。