带钢边部缺口在冷轧过程中的扩展规律

对带钢边部缺口在轧制过程中的扩展现象进行实验研究,分析了边部缺口长宽比和轧制压下量对缺口张开距离的影响。长宽比大的缺口在连续不可逆轧制后扩展成V型缺口;长宽比小于1时,轧制后缺口有被轧平的趋势,甚至最终消失;随着缺口长宽比的增大,轧后缺口扩展开裂的趋势越明显。利用弹塑性动态显式有限元对带钢边部缺口在轧制过程中的变化进行仿真,模拟结果与试验结果一致,表明边部缺口前缘的两侧沿轧制方向应力分量最大,最容易形成微小裂纹,进而形成开裂;多道次轧制中,后道次轧制对缺口最终形态的影响更加明显。     

基于GTN模型的冷轧硅钢边部裂纹扩展研究

针对硅钢板容易在冷轧过程中形成边部裂纹,使用Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)微观损伤模型对带有边部微小缺口的硅钢板在冷轧过程中损伤分布以及裂纹的萌生和扩展进行研究。通过拉伸试验和扫描电镜观察分析得到材料的损伤参数f0、fc和fF,进而通过有限元软件ABAQUS模拟得到各轧制工艺参数对缺口尖端区域损伤分布及微裂纹萌生与扩展的影响,仿真与试验结果表明,在缺口尖端形成两条损伤带,最大损伤值随着压下率的增大而增大,同时裂纹长度随着压下率的增大而迅速增加;当工作辊半径较小时更加容易出现裂纹;沿着轧制方向缺口前侧的比后侧更容易产生裂纹,两侧的裂纹长度都随着摩擦因数的增大而增大;裂纹长度会随着张力的增大而明显增大。研究结果为轧制工艺参数的选择提供理论依据和参考。     

剪切修正GTN模型在小冲杆试验中的应用研究

小冲杆试验作为一种非标准的微试样测试技术,能有效地获取薄板结构的材料参数。而选用合适的损伤模型对准确表征材料变形到断裂的整个过程有着重要影响。基于NAHSHON提出的含剪切修正项的Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)模型,通过有限元软件ABAQUS及用户自定义子程序VUMAT考察不同应力三轴度对断裂失效的影响。采用有限元模拟和拉伸试验获得冷轧硅钢材料的无损伤弹塑性力学参数以及GTN损伤演化模型中的形核参数和临界断裂参数,通过纯剪切试验和数值模拟的对比确定出材料中微孔洞的剪切变形对材料损伤演化的贡献。运用剪切修正的GTN模型对小冲杆试验进行模拟,结果表明,由于修正GTN模型考虑了微孔洞剪切畸变的对材料损伤影响,模拟结果比原GTN模型更接近于试验数据,可更好地应用于小冲杆试验的研究。     

修正GTN模型及其在预测硅钢冷轧边裂中的应用

考虑剪应变对微孔洞损伤演化的影响, 对GTN损伤模型的损伤演化机制进行修正, 建立了适用于不同应力三轴度水平的损伤模型. 结合隐式应力更新算法和显式有限元计算, 采用VUMAT子程序实现了修正GTN模型在有限元软件ABAQUS中的数值计算. 通过模拟纯剪切和剪切-拉伸两组试样的损伤演化和断裂行为, 验证了修正GTN模型在不同应力三轴度承载条件下的有效性. 运用修正GTN损伤模型模拟含边部缺口的带钢在轧制过程中裂纹的萌生和扩展行为, 模拟结果与实验相一致, 表明该模型可有效地用于带钢缺陷在轧制过程中扩展行为的分析和预测. 模拟和实验结果表明, 带钢边部缺口在轧制过程中, 缺口前沿和后沿均会萌生裂纹, 且后沿裂纹扩展更为明显.     

基于GTN损伤模型对含边部缺陷硅钢薄板冷轧时边裂的预测

采用拉伸试验和显微组织观测的方法确定了GTN损伤模型中的9个损伤参数,运用GTN损伤模型对冷轧硅钢薄板边部缺陷的扩展及边裂的产生进行了有限元模拟,并与预置缺口的钢板轧制试验进行对比。结果表明:轧制过程中边部缺陷是造成钢板边部裂纹萌生和扩展的一个重要原因,GTN损伤模型可用来预测含边部缺陷硅钢薄板在冷轧过程中边裂的产生;预测结果与试验结果基本一致。