基于实际应力-应变曲线的电沉积镍涂层的冲压成形极限

基于Hill集中失稳理论推导出了冲压成形过程中涂层与基体的应力-应变方程,通过求解非线性方程计算出各主应变。依据实验数据采用多项式拟合法拟合了材料的应力-应变曲线,对电沉积镍涂层的冲压成形极限的左边进行了计算,并和应变硬化曲线求得的成形极限进行了比较。计算结果表明,用多项式拟合法求得的电沉积镍涂层的成形极限安全区域比用应变硬化曲线求得的安全区域要高,基体厚向异性、涂层厚度和基体厚度对板料成形极限左边影响不大。     

基于韧性断裂准则用有限元方法预测镍涂层薄钢板的成形极限

首先通过拉伸试验,得到了镍涂层薄钢板和低碳钢薄板的材料参数,然后利用有限元软件Abaqus/Explicit对镍涂层薄钢板的冲压成形过程进行了有限元模拟,得到了涂层和基体在冲压变形过程中的应力、应变以及断裂的初始位置及厚度分布,并通过Oyane韧性断裂准则预测了镍涂层薄钢板的成形极限;并将韧性断裂准则的理论计算、试验结果与有限元计算结果进行对比。结果表明:Oyane韧性断裂准则能够较好地预测镍涂层薄板的成形极限和失效的初始位置,预测值与试验值相差较小。     

镍涂层复合板拉延过程的数值模拟

采用有限元动力显式算法模拟了电沉积镍涂层复合板的拉延成形过程,得到了涂层与基体的应力应变场,计算结果和其他方法及试验进行了一定的比较。涂层与基体采用Belytschko-W ong-Ch iang四节点壳单元,模具与压边圈采用刚体壳单元。基体采用随动强化模型,涂层与基体结合界面采用固连断开接触。对该材料的拉延模拟计算表明,该涂层与基体在拉延成形过程中不会出现界面失效,但涂层在拉延过程中的应力变化比基体复杂,且涂层的等效塑性应变与基体相差较大,说明涂层的拉延过程比基体复杂。计算出的冲压力曲线可供拉延工艺参考。     

板料成形极限应力图研究

基于塑性应力应变关系,推导出极限应力与极限应变相互转换关系,针对分散性失稳、凹槽失稳和平面应变漂移失稳等准则,进行了双线性应变路径、曲线戍变路径和复合应变路径下成形极限应力图的理论计算。结果表明,成形极限应力图不受应变路径影响,对于同一失稳准则,在不同加载应变路径下几乎为同一条曲线。因此,成形极限应力图作为复杂加载路径的成形极限判据更加方便和实用。     

复合变形路径下的板材冲压成形极限应变(Ⅰ)——冲压成形极限应变的立论与解析

从4个方面就变形路径对成形极限图影响的研究现状进行综述,并进一步论述了复杂变形路径和单一变形路径的概念,以及基于Hill'48屈服准则的塑性应变几何关系.为了在任意复杂变形路径下计算冲压板材的失稳极限应变,提出"任意复杂变形路径均可简化为线性复合变形路径"、"板材的冲压成形能力亦即板材允许的极限厚度应变",以及"板材在线性复合变形路径下的冲压成形能力取决于其最终变形路径的应变比值"等3个工程简化假设,并对它们进行立论和诠释.同时基于这些假设,在板材承受线性复合变形路径和前后变形路径的应变主轴发生转动的条件下,解析和推导出计算冲压成形极限应变的理论公式.利用这些简化假设和理论公式,可以在任意复杂变形路径下计算板材的冲压成形极限应变并绘制其冲压成形极限图.     

材料参数对汽车覆盖件冲压成形性能影响的数值模拟

使用基于动力显示算法的板料成形非线性有限元分析软件eta/DYANFORM对一个典型的汽车覆盖件零件冲压成形过程进行了数值模拟,从大量的计算结果中,研究三个重要的材料力学性能参数即屈服强度σs、应变强化指数n和厚向异性系数r对最终零件冲压成形性能的影响。在分析软件的后处理器中观察板料的厚度变化、总拉深力、板料的最大变形位移和沿冲压方向的最大应力,并作出了相应的曲线,最后根据所作曲线的变化得到了材料性能参数影响板料冲压成形性能的有关结论。     

电沉积镍涂层冲压过程的界面特性

采用有限元方法对电沉积镍涂层钢带的冲压成形过程进行了数值模拟，得到了电沉积镍涂层在界面上的应力场、应变场等冲压成形特性。计算结果表明：在冲压过程中，涂层与基体界面上的应力大小、拉压性质都是变化的，且正应力一般在-50～50MPa之间，剪应力一般在-40～30MPa之间；界面上涂层中的应变比基体中的应变大得多，但两者在变形过程中是比较匹配的。     

螺旋台阶零件多步成形过程数值模拟

鉴于零件对材料增厚及表面质量没有严格要求,采用无压边拉深来完成零件螺旋台阶面的成形,不仅模具结构简单,而且材料利用率高.围绕零件成形难点部位,以特征点的形式详细分析了拉深成形过程中特征区域的应力、应变、厚度和成形极限等模拟结果.在分析拉深工序的基础上,进一步对零件进行多工步模拟分析.结合等效塑性应变、厚度分布及成形极限等信息分析了其它工步作用过程中的变形特点.通过数值模拟结果与实际冲压结果的对比,验证了多工步数值模拟结果的有效性.     

板料成形极限应力图及其应用研究进展

简要介绍了板料成形极限判据的可靠性对于板料成形质量预测与控制的重要性;分析了传统的基于应变的成形极限(成形极限应变图)判据所存在的只适于在线性加载板料塑性成形中应用的缺陷;介绍了基于应力的成形极限判据(成形极限应力图)的应用前景;综述了国内外成形极限应力图的研究进展,并指出了目前成形极限应力图研究所面临的主要问题.     

板料局部成形成形极限的数值研究

通常在板料冲压成形中,通过成形极限图来预测板料成形时的缩颈、破裂现象。而采用增量成形技术成形板料时,板料的成形极限高于传统冲压成形。这一现象导致了从成形机理上研究板料增量成形极限为什么会高于传统冲压成形极限成为当前的研究热点。假定厚度方向的几何缺陷来表示局部弱化区,通过在板料厚度方向引入工具作用来研究局部材料的稳定性的影响。分别采用BAMMAN_DAMAGE模型和假定几何缺陷的方法来研究横向模具作用对板料成形均匀化的影响。通过数值模拟的方法研究了增量成形能提高成形极限的原因及机理,并考察在这个过程中板料应力和板料应变的变化情况。     

基于连续介质损伤力学的7075铝合金高温成形极限理论预测与数值仿真

开展7075铝合金高温单向拉伸试验和成形极限试验，获得了不同温度和应变率的应力-应变曲线和成形极限曲线。结果表明，在较高的温度和应变率时7075铝合金的强度减小、成形性提高。为描述7075铝合金高温损伤演化过程，提出一种改进的连续介质损伤模型，并建立了耦合损伤的多轴统一黏塑性本构模型。基于试验结果，运用NSGAII遗传算法标定了模型中的参数，标定后的本构模型可以很好地预测7075铝合金的高温热力行为和极限应变。通过有限元软件Abaqus的用户材料子程序VUMAT，该本构模型被编入到Abaqus软件中进行数值仿真计算。结果表明，仿真获得的成形极限曲线和应变场分布与试验和理论结果吻合度好，进一步证明了所建立的耦合损伤的多轴本构模型的正确性及其在高温成形极限有限元仿真中的适用性。     

板料成形极限预测新判据

从控制塑性变形能的角度出发,基于总塑性功的积分形式,建立板料的成形极限预测判据.这种板料成形极限预测判据考虑应变路径变化、材料的硬化指数、各向异性系数及材料的初始厚度等对成形极限的影响.判据中的参数可由常用的单向拉伸极限应变试验确定.由此通过数值模拟可以预测板料在各种不同应变路径下的成形极限,适用于成形极限图的拉-压和拉-拉应变区,从而建立完整的成形极限曲线,可大大减少试验工作量.试验验证表明,这种成形极限预测判据对于钢板和铝合金板的成形极限可做出较为准确的预测.实现了只进行单拉试验即可预测板料在不同应变路径下的成形极限.     

不同强化模型下的板料成形极限

介绍Hill48屈服准则下基于不同强化模型的屈服方程.推导出能够用来确定随动强化模型和混合强化模型中参数的方程.采用单向拉伸曲线上所取得的数据,对所得方程进行拟合,得到参数值,并使用所得参数值得出三种强化模型下的单向拉伸曲线.结果表明采用上述方法能够准确地确定强化模型中的参数.给出随动强化模型和混合强化模型下成形极限的计算方法.基于三种强化模型,针对分散性失稳准则、Hill集中性失稳准则、凹槽失稳准则和平面应变漂移失稳准则,得到简单加载路径下的成形极限图和成形极限应力图.从这些图中可以看出,强化模型对成形极限图和成形极限应力图影响明显.因此应当确定板料在成形过程中的强化规律,选择合适的强化模型进行成形极限预测.     

复合管胀形成形极限研究

采用成形极限理论及塑性失稳理论，将单层管胀成形极限理论推广到复合管，对复合管胀形成极限进行了分析，提出了复合管胀形过程中发生分散性失稳及集中性失稳时极限应变的计算理论，计算并讨论了复合管组成材料的机械性能及厚比对胀形成形性的影响。     

基于非线性有限元的钣金件成形极限研究

用非线性有限元软件包 SHEET- FORMING研究橡皮成形工艺的模具圆角半径和板料厚度对钣金件凹凸翻边成形极限的影响 ,建立了用于预测橡皮成形工艺成败和分析其原因的极限翻边高度 h、模具圆角半径 r凹 / r凸 、板料厚度 t的曲面关系 ,用非线性有限元法有效地取代了坐标网应变法。文中主要论述 ,以圆框为对象 (L Y12 M)和用试验得到的成形极限曲线作判据 ,选取合适参数范围作正交设计 ,用动力显式算法对凹翻边破裂数值模拟并与生产型试验结果进行对比基本吻合。     

A general forming limit criterion for sheet metal forming

The forming limit of sheet metal is defined to be the state at which a localized thinning of the sheet initiates during forming, ultimately leading to a split in the sheet. The forming limit is conventionally described as a curve in a plot of major strain vs. minor strain. This curve was originally proposed to characterize the general forming limit of sheet metal, but it has been subsequently observed that this criterion is valid only for the case of proportional loading. Nevertheless, due to the convenience of measuring strain and the lack of a better criterion, the strain- based forming limit curve continues to play a primary role in judging forming severity. In this paper it is shown that the forming limit for both proportional loading and non-proportional loading can be explained from a single criterion which is based on the state of stress rather than the state of strain. This proposed criteria is validated using data from several non-proportional loading paths previously reported in the literature for both aluminum and steel alloys. In addition to significantly improving the gauging of forming severity, the new stress-based criterion is as easy to use as the strain-based criterion in the validation of die designs by the finite element method. However, it presents a challenge to the experimentalist and the stamping plant because the state of stress cannot be directly measured. This paper will also discuss several methods to deal with this challenge so that the more general measure of forming severity, as determined by the state of stress, can be determined in the stamping plant.     

数值模拟中应用最小厚度准则预测板料成形极限

在数值模拟中应用最小厚度作为成形极限判据,研究最小厚度值与应变路径的关系。如果对从单向拉伸到双向等拉之间的各种近似线性应变路径均应用相同最小厚度值作为判据,那么得到的极限应变点呈近似线性分布。对实验数据点与计算点的相对位置关系进行分析,发现两者之间的比值存在着近似指数函数的关系。对拉-压区和拉-拉区分别采用两段指数函数对最小厚度值进行修正,使其成为与应变路径相关的变量。采用修正后的最小厚度准则作为数值模拟中极限应变的判据,对ST14钢等三种材料成形极限的预测取得了较好的结果。     

Effects of plastic anisotropy and yield criteria on prediction of forming limit curves

The effects of yield criteria on predictions of the right-hand side of forming limit diagrams (FLDs) are investigated. Predictions of limit strains are determined from an initial imperfection model based on the early work of Marciniak and Kuczynski (1967). Particular attention is placed on the effect of normal plastic anisotropy on limit strains during biaxial sheet stretching. The anisotropic yield criteria investigated in this paper include Hill’s (1948) quadratic criterion, Hosford’s (1979) higher-order criterion, and case 4 of Hill’s (1979) non-quadratic criterion. Several important characteristics of the yield surface shape are discussed and a new parameter that quantifies some of these aspects is introduced. Similar to the work of Barlat (1987), this parameter is based on the relative position of plane strain on the yield surface and can be used to predict the various effects of yield criteria on limit strains. Results indicate that predictions of FLD are very sensitive to selection of yield criteria.     

基于三维成形极限应力图的AA6061挤压管材成形性能分析

为解决AA6061挤压管材成形性能极差的问题,建立了“固溶水淬+颗粒介质胀形+人工时效”的铝合金管件成形工艺流程。研究了固溶水淬和人工时效工艺参数对材料性能影响规律,并建立了考虑厚向应力的三维成形极限应力图;建立了管件颗粒介质胀形有限元仿真模型,分析管件变形特征质点的运动轨迹和应力应变状态,并应用理论成形极限图对管件破裂失稳点和胀形极限进行分析和预判。四方截面管件胀形工艺试验结果表明,颗粒介质胀形工艺与合适的热处理工艺相结合能够有效地解决AA6061挤压管材的成形问题;考虑厚向应力的三维成形极限应力图可作为铝合金管件胀形工艺方案制定的破裂失稳判据。