汽车铝合金覆盖件成形数值模拟的各向异性屈服准则研究

铝合金作为一种典型的汽车轻量化材料,被越来越多的运用到汽车车身覆盖件中。但由于铝合金具有明显的各向异性特征,为了准确模拟铝合金板的成形过程,选择合适的屈服准则是关键。文章以汽车铝合金油箱的拉深成形为例,采用3种典型的各向异性屈服准则Hill48、Barlat89和YLD2000-2d对成形过程进行有限元模拟,结合实验验证,分析了不同屈服准则对有限元模拟结果精度的影响。结果表明,Hill48屈服准则的模拟结果与实验结果存在较大的差异,故不适用于铝合金板料成形的有限元模拟;Barlat89屈服准则的模拟结果与实验结果接近,但存在一定的偏差;YLD2000-2d屈服准则的模拟结果与实验结果吻合最好,数值模拟的精度最高。     

SUS430不锈钢自由曲面弯曲回弹的预测和试验研究

金属板料弯曲中,回弹预测与控制是产品精确成形的关键。针对厚度为0.55 mm的SUS430不锈钢自由曲面弯曲回弹问题,采用Hill48、Barlat89和YLD2000-2d 3种典型的各向异性屈服准则对SUS430不锈钢板材自由曲面弯曲成形进行有限元模拟,并结合试验验证,研究了不同屈服准则对自由曲面弯曲成形回弹量的影响规律。结果表明：YLD2000-2d屈服准则的模拟结果与试验结果吻合最好,适用于SUS430不锈钢自由曲面弯曲成形的有限元模拟;Barlat89屈服准则的模拟结果与试验结果存在一定的偏差;Hill48屈服准则的模拟结果与试验结果差异最大。在选用YLD2000-2d屈服准则的基础上,研究了冲压速度与摩擦因数两种工艺参数对自由曲面弯曲成形回弹量的影响规律。在合理的工艺参数范围内,冲压速度越大,数值模拟预测的回弹量越小。     

车用铝合金AA5182温热成形研究

基于M-K模型分别结合Hill48、Barlat89和YLD2000屈服准则,预测了AA5182铝合金在温热条件下的成形极限。在不同温度下进行AA5182铝合金的温热成形极限实验,获得了材料在不同温度下的成形极限实验数据。比较分析实验结果与预测结果,表明Barlat89屈服准则比其他两个屈服准则更适用于预测AA5182铝合金在温热条件下的成形极限。同时,分析了温度和应变速率敏感指数的变化对成形极限预测结果的影响。结果表明,材料成形极限会随着温度的升高或者应变速率敏感指数的增大而增加。应变速率敏感指数的变化对预测得到材料成形极限的形状也会产生影响。     

各向异性屈服准则对不锈钢板冷弯成型回弹模拟的影响

基于不锈钢板冷弯成型和回弹过程的数值模拟,研究了各向异性屈服准则Hill和YLD89对不锈钢板冷弯成型模拟的影响。模拟结果与试验值的比较表明,屈服准则YLD89较适用于不锈钢板的冷弯成型模拟。     

TA32钛合金马鞍形零件热冲压工艺数值模拟

建立了TA32钛合金本构模型,在模具上添加了不同的拉延筋,并对其进行了优化以消除皱纹。使用Barlat 89和Hill 48屈服准则来比较有限元模拟的预测精度。通过热冲压成形实验,测量了TA32钛合金马鞍形零件的厚度分布,并与模拟结果进行比较。结果表明;添加X轴和Y轴拉延筋可以有效消除皱纹,实现马鞍形零件精确成形,并且无任何缺陷。采用Barlat 89屈服准则的有限元模型比采用Hill 48屈服准则的模型具有更好的预测精度,该有限元模拟具有较好的理论预测意义。研究了成形后零件的力学性能和显微组织,各项性能均达到了实际工程需要。     

铝合金板弯曲回弹试验与有限元仿真

采用NUMISHEET2002会议提出的铝合金板6111-T4大曲率半径纯弯曲回弹试验方案,在不同冲压行程下,对板料不同轧制方向的回弹角、成形力等进行试验研究。基于有限元软件eta/Dynaform,运用Hill48屈服准则和Barlat89屈服准则,模型分别采用指数强化模型和线性强化模型进行有限元仿真,与试验结果对比表明:随着凸模行程增加,冲压力增大,回弹后夹角增大;采用Barlat89屈服准则和指数强化模型板料回弹值精度最高,误差为8.86%;采用Hill48屈服准则和指数强化模型次之,误差为14.67%;屈服准则的选取对预测板料回弹量有较大影响,而强化模式的选取对回弹量的影响则不显著。     

AZ31镁合金板温热状态下成形极限图的理论预测（英文）

基于刚塑性材料在平面应力条件下变形的M-K理论对AZ31镁合金在温热状态下的成形极限图(FLD)进行了预测,在理论预测时采用von Mises和Hill’48屈服准则。通过单向拉伸实验获得所用的AZ31镁合金板的力学性能,同时在分析时引入Fields-Backofen本构方程。此外,采用刚性凸模胀形方法获得了AZ31镁合金板在不同温度下的实验FLD曲线用以验证理论预测结果。通过对473 K和523 K下理论预测FLD与实验FLD间的比较,发现理论预测结果受计算时所采用的屈服准则的影响,特别是在温度较低时。采用Hill’48二次型各向异性屈服准则获得的FLD与实验数据有较好的一致性。     

铝合金板弯曲回弹试验与有限元仿真

采用NUMISHEET'2002会议提出的铝合金板6111-T4大曲率半径纯弯曲回弹试验方案,在不同冲压行程下,对板料不同轧制方向的回弹角、成形力等进行试验研究.基于有限元软件eta/Dynaforrn,运用Hill'48屈服准则和Barlat'89屈服准则,模型分别采用指数强化模型和线性强化模型进行有限元仿真,与试验结果对比表明:随着凸模行程增加,冲压力增大,回弹后夹角增大;采用Barlat'89屈服准则和指数强化模型板料回弹值精度最高,误差为8.86％;采用Hill '48屈服准则和指数强化模型次之,误差为14.67％;屈服准则的选取对预测板料回弹量有较大影响,而强化模式的选取对回弹量的影响则不显著.     

LY12铝合金板材本构模型的构建及验证应用

通过单向拉伸实验测定了LY12铝合金与轧制方向呈0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°方向的拉伸力学性能。基于拉伸实验所得数据,通过超静定方程组优化求解了Hill48与Barlat89各向异性屈服准则的未知参数,并对比了二者对材料屈服行为的预测精度。此外,使用修正的Voce硬化模型,准确地描述了LY12铝合金的宏观硬化行为。结合板材拉深实验,进行了有限元模拟,将实验结果与模拟结果的筒壁高度和壁厚分布进行对比分析,验证了所建模型的准确性。结果表明,Hill48屈服准则对LY12铝合金的各向异性行为预测更为准确,而修正的Voce硬化模型能够精确地描述LY12铝合金的硬化规律。     

车用铝合金板材回弹规律研究

在车用铝合金材料的成形加工过程中,回弹是主要的成形缺陷之一并且较难控制。本文对车用6061铝合金板材进行了室温拉伸试验获得其应力-应变曲线并建立改进的Johnson-Cook本构模型。该模型被应用于V形弯曲试验的有限元仿真中,研究不同各向异性屈服准则对板料回弹预测精度的影响,仿真结果表明应用YLD2000-2d屈服准则时其预测精度较高,同时也验证了该模型用于回弹分析的有效性。进一步探究不同因素如变形程度,冲压速度,摩擦条件,压边力等对铝合金板材回弹行为的影响规律,并应用于铝合金发罩内板的冲压成形过程,能够有效减小工件的回弹。     

一种建立板料成形极限应力图的新方法

基于塑性理论建立了比例加载条件下双向拉伸应力应变关系,结合Swift分散性失稳准则,提出了一种建立板料成形极限应力图的方法。分别应用Hill 48和Hosford屈服准则以及单向拉伸性能参数,建立了铝合金板(r<1)和薄钢板(r>1)两种材料的成形极限应力图(FLSD),分析表明,不同的屈服准则的选取对于成形极限应力曲线有不同的影响,对于不同类型的材料屈服准则的影响程度也不同。与由通常的成形极限图(FLD)转换所得到的成形极限应力图(FLSD)进行了对比分析,结果表明,所提出的方法计算过程更为简便,并能较为准确地建立成形极限应力图,可以作为复杂加载路径下的成形极限破裂判据。     

工业AA1200铝合金薄板拉伸成形模拟和实验研究(英文)

对工业AA1200铝合金薄板拉伸成形的模拟和实验结果进行比较和评估。采用单向拉伸试验得到模拟所需输入参数。根据von Mises和Hill-1948屈服准则,采用Abaqus/Explicit有限元软件分析成形过程。将冲压力和应变分布的模拟结果与实验结果进行比较和验证。结果表明:在这两种情况下,使用各向异性屈服准则模拟的结果与实验结果更吻合。     

厚向异性板应力应变强度表述方法讨论

从希尔 (Hill)正交各向异性体二次屈服函数出发 ,可以导出厚向异性板应力强度 (等效应力 )与应变强度 (等效应变 )的两组表达式 ;本文讨论了采用两组不同表述方法的选择 ,并利用单向拉伸与双向等拉两种实验作了可比性的分析比较     

影响板料成形回弹数值模拟精度的因素分析

分析了影响板料回弹精度的数值模拟因素：屈服准则、硬化模式、单元技术及有限元数值计算方法。研究结果表明各向异性屈服准则Barlat89更接近于材料的实际屈服行为；对于具有Bauschinger效应的材料及复杂加载问题，采用非线性混合强化材料模型预测板料回弹量的精度最高；由于实体壳单元具有实体单元和壳单元的优点，预测回弹模拟结果精度高。研究还表明，在时间允许的条件下，采用较小单元尺寸模拟精度高。     

5754铝合金板材冲压成形材料模型研究与应用

建立准确的材料模型是冲压数值模拟的基础,通过3个方向的单向拉伸试验、以及单向压缩试验和成形极限试验,获得5754铝合金材料性能数据,基于Voce硬化模型、Barlat89屈服准则和成形极限,建立5754铝合金成形用材料模型。利用Pamstamp-2G软件,对5754铝合金汽车大梁的冲压成形进行数值模拟,并与冲压试验结果进行对比。结果表明:数值模拟获得的应变数据与试验测量获得的应变数据比较接近,且各区域最大减薄率误差在±10%以内,验证数值模拟的可靠性。     

Subsequent yield loci of 57540 aluminum alloy sheet

Complex loading paths were realized with cruciform specimens and biaxial loading testing machine. Experimental method for determining the subsequent yield locus of sheet metal was established. With this method, the subsequent yield loci of 5754O aluminum alloy sheet were obtained under complex loading paths. Theoretical subsequent yield loci based on Yld2000-2d yield criterion and three kinds of hardening modes were calculated and compared with the experimental results. The results show that the theoretical subsequent yield loci based on mixed hardening mode describe the experimental subsequent yield loci well, whereas isotropic hardening mode, which is widely used in sheet metal forming fields, predicts values larger than the experimental results. Kinematic hardening mode predicts values smaller than the experimental results and its errors are the largest.     

3104铝合金薄板深冲制耳的有限元模拟

采用由板材织构信息进行加权的CMTP屈服函数并考虑了摩擦和压边力的变化对3104铝合金薄板的深冲制耳进行了有限元模拟；并与采用Barlat(1991)屈服函数的预测值及实测值进行了比较；分析了深冲过程中圆片的厚度变化规律；讨论了进一步提高预测精度需考虑的因素。结果表明：采用CMTP屈服函数模拟的制耳轮廓与实测值比较吻合，随摩擦和压边力的增加，制耳轮廓高度也增加；且比采用Barlat(1991)屈服函数模拟的精度要高。模拟深冲过程中圆片厚度的变化规律与实际情况一致。     

Effect of anisotropic yield functions on the accuracy of hole expansion simulations

The deformation behavior of 780 MPa grade dual-phase steel sheet subjected to hole expansion is investigated both experimentally and analytically to clarify the effect of the material model (anisotropic yield function) on the predictive accuracy of finite element analysis of hole expansion. Biaxial tensile tests of the material were conducted; contours of plastic work and the directions of plastic strain rates are precisely measured and are in good agreement with those predicted from the Yld2000-2d yield function with an exponent of 4 ( [Barlat et al., 2003] and [Yoon et al., 2004]). Finite element and experimental analyses on the hole expansion of the material were conducted. The Yld2000-2d yield function with an exponent of 4 provides closer agreement with the experimental results than other yield functions. Consequently, the anisotropic yield functions significantly affect the predictive accuracy of the deformation behavior of the steel sheet subjected to hole expansion, and the biaxial tensile test is effective for identification of the appropriate anisotropic yield function to be used for hole expansion simulation.     

筒形件拉深起皱临界厚度的计算

通过对筒形件拉深时法兰变形区应力应变分析,利用线性化的Hill厚向异性屈服准则及各向异性理论,推导出筒形件拉深起皱的临界厚度的计算公式,并讨论不同性能参数条件下拉深系数与临界厚度之间关系。