高强铝板韧性断裂准则参数求解及其成形极限

为确定符合高强铝板变形规律的韧性断裂准则的断裂参数,设计了10种不同形状和缺口的拉伸试样,分别采用积分式方程组法、解析式方程组法和曲面拟合法求解韧性断裂准则的多组断裂参数。通过分析统计理论断裂应变与试验断裂应变之间的相对误差评价了断裂参数的预测精度。结果表明:采用积分式方程组法和解析式方程组法依据误差分析分别筛选出的两组试样组合方案的预测精度均较好(误差均值小于30%),而曲面拟合法由于样本数据较少预测误差较大。根据积分式方程组法、解析式方程组法和曲面拟合法求解的最优断裂参数,应用Lou-Huh 2013准则绘制7075-T6高强铝板成形极限图,并采用半球形刚模胀形试验进行验证。验证结果表明:积分式和解析式方程组法预测7075-T6高强铝板破裂失稳偏于安全,这与参数求解时断裂起始点的选取偏于安全有关。     

基于MMC韧性断裂准则的高强双相钢成形极限研究北大核心CSCD

以高强双相钢CR450/780DP板材为研究对象,设计4种拉伸试样进行单向拉伸试验,获得了载荷-位移曲线与表面全场应变结果;采用有限元仿真分析手段,对4种试样的试验结果进行了对标分析,得到了材料硬化本构模型及应力三轴度、Lode角参数、等效塑性应变等历程数据;采用曲面拟合优化方法标定MMC韧性断裂准则的断裂参数。基于Keeler公式及简化的MMC韧性断裂准则分别绘制了高强双相钢CR450/780DP板材的理论和预测成形极限图,并通过半球形刚模胀形试验对预测结果进行验证。由对比结果可知,基于MMC韧性断裂准则预测的成形极限曲线与试验数据的吻合程度较高,验证了韧性断裂准则对高强双相钢CR450/780DP板材损伤与断裂预测的准确性与适用性。     

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。     

韧性断裂准则新发展及其在轻合金板材成形中的应用

韧性断裂准则依据金属材料的微观断裂机理建立宏观力学判定模型,对于应用越来越广、断裂前无明显颈缩现象的轻质合金板材的断裂性能分析有重要价值。随着对不同应力状态条件下断裂情况的研究,人们对断裂微观机理和宏观影响因素有了新的认识,并在此基础上赋予韧性断裂准则新的发展。本文介绍韧性断裂准则的发展历程,归纳总结新型韧性断裂准则的特点和优势,整理准则中断裂参数的标定方法,梳理准则在板材成形中的两种重要应用途径——断裂成形极限图和断裂轨迹。     

韧性断裂准则在超高强钢辊弯成形工艺中的应用

对某牌号的超高强钢进行拉伸、弯曲、V型件辊弯成形试验,对比常用的6种韧性断裂准则,得出这6种韧性断裂准则均不能给出一个适用于板料各种工艺下断裂的固定临界值。根据辊弯成形工艺特点,采用Brozzo韧性断裂准则,预测相对弯曲半径R/T=2下的超高强钢辊弯成形的破裂现象。预测结果与实验结果表明,Brozzo韧性断裂准则可以应用于超高强钢辊弯成形中。     

6016铝合金冲压损伤演化和韧性断裂的细观力学表征

为了预测铝合金板料在冲压过程中的损伤演化和韧性断裂,在Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN)细观损伤模型中引入Hill'48各向异性屈服准则,借助有限元软件LS-DYNA编写了能考虑材料各向异性的用户自定义子程序VUMAT。采用沿不同轧制方向的准静态拉伸试验获取6016铝合金材料的力学参数,并对样件断口微观形貌进行分析。为了准确表征6016铝合金在冲压过程中的损伤演化和韧性断裂性能,基于传统有限元标定法,新增样件断裂方式及断后颈缩量作为评判标准,利用修正的有限元标定法确定了一组材料的GTN损伤参数。运用Hill'48-GTN模型对6016铝合金杯突冲压过程进行了数值仿真并分析了其损伤演化机理,通过与试验结果的对比,验证了Hill'48-GTN损伤模型及修正有限元标定法的可行性。     

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。     

韧性断裂准则与阀值选取的理论及试验研究

在金属冲切断裂的数值模拟中,韧性断裂准则和阀值的选取对模拟结果的精度有非常大的影响.通过对20钢棒材和管材试样进行拉伸试验,同时利用Deform有限元模拟软件对试验过程进行数值模拟,发现即使对于同一种断裂准则,两种试样得到的韧性断裂阀值也存在一定的偏差.并分别将六种断裂准则及得到的对应断裂阀值用于管端弧口冲切过程的模拟,结果表明只有Brozzo和NormalizedCockcroft&Latham这两种准则能较好的模拟出管壁的变形和毛刺的生成情况.通过试验验证了结论的有效性.     

基于微观损伤机理的延性裂纹扩展行为分析

在考虑材料内部塑性损伤的基础上,通过有限元数值方法(特殊单元模型法),编制了求解韧性断裂特征参量的程序,模拟材料的韧性断裂过程.通过单轴拉伸试验的模拟结果,得出反映材料微观损伤的控制参量,再根据该参量对同种材料的标准三点弯曲试验进行定量预测,即实现从一种试验结果预测同种材料的其它试验结果.结果表明,在韧性裂纹扩展时,考虑塑性损伤的特殊单元模型能够很好地描述材料的韧性断裂过程,可以实现同种材料不同试验间相互预测的目的.     

42CrMo4钢高温拉伸断裂准则与机理的研究

由于变形温度和应变速率是影响42CrMo4钢高温变形损伤断裂行为的重要因素,因此综合考虑了变形温度和应变速率对材料断裂的影响。基于Cockroft-Latham断裂准则,引入温度补偿应变速率因子Zener-Hollomon参数作为修正系数对Cockroft-Latham断裂准则进行改进。通过Gleeble-3800D热模拟试验机对42CrMo4钢进行了温度为950～1100℃、应变速率为0.01～10 s~(-1)条件下的高温拉伸试验。利用试验结果采用线性拟合确定修正系数,得到改进后的断裂准则,将准则预测结果与试验结构对比验证,二则能很好吻合。利用扫描电镜观察试样拉伸断裂断口的组织形貌。结果表明:42CrMo4钢高温拉伸断裂是典型韧窝型韧性断裂,随着温度的提升,材料塑韧性明显提高;随应变速率的提高,材料塑韧性随之不显著降低。     

Prediction of ductile fracture for advanced high strength steel with a new criterion: Experiments and simulation

This paper is concerned with prediction of the onset of ductile fracture by a newly proposed micro-mechanism-motivated macroscopic ductile fracture criterion in various stress states from shear to plane strain tension where most ductile fracture takes place in sheet metal forming processes. The new ductile fracture criterion (Lou et al., 2012) is calibrated by the equivalent plastic strain to fracture measured by the hybrid experimental–numerical method from four types of specimens manufactured from DP980 sheet whose fracture locus is eventually constructed. The calibrated criterion is utilized to construct the fracture locus of DP980. The constructed fracture locus is then implemented into the ABAQUS/Explicit code to predict the onset of ductile fracture for these three types of specimens. Three types of notched specimens are further designed for the validation of the ductile fracture criterion from uniaxial tension to plane strain tension by comparison of experimental results to those numerically predicted by the ductile fracture criterion. Three types of shear specimens are then utilized to validate predictability of the ductile fracture criterion between shear and uniaxial tension. The validation demonstrates that the ductile fracture criterion can accurately predict the onset of ductile fracture for these specimens. The comparison result with high accuracy reveals that the criterion can correctly describe ductile fracture behaviors of metals in various stress states from shear to the plane strain tension.     

非线性路径下板料拉深成形过程中破裂预测

在优选模型参数和简化孔洞形核规律的基础上,采用Gurson—Tvergaard（GT）多孔材料本构模型分析圆筒件拉深过程;根据金属成形工艺特点,综合考虑拉伸型和剪切型2种不同韧性断裂机制,提出一个统一的韧性断裂准则形式。对于未经过预变形和经过预变形的圆筒件拉深试验和数值模拟进行了比较,结果表明：相对于成形极限图,新的韧性断裂准则可以更加准确地预测非线性路径下圆筒件的拉深破裂。     

基于Lemaitre韧性断裂准则的1060铝板成形极限研究

针对成形极限曲线的测定需建立在大量实验基础上,耗时耗材,且需要特定的成形实验机才能完成的不足,采用韧性断裂准则与数值模拟相结合来预测。建立测定成形极限曲线的有限元分析模型,对不同尺寸1060铝板试样成形过程进行数值模拟与分析,并采用Lemaitre韧性断裂准则作为板料破裂与否的判据,找出破裂极限应变值,拟合成形极限曲线;为验证提出方法的正确性,采用实验方法制作1060铝板成形极限曲线,并将其与模拟得到的曲线进行对比,两曲线走向基本一致,有较好的吻合度,表明该方法能够应用于成形极限曲线的预测。     

板料成形极限的理论预测与数值模拟研究

本文针对目前板料成形极限的实验、理论计算和数值模拟方法以及成形极限应力图的研究进展 ,进行了综述与分析 ,提出了通过数值模拟方法预测板料成形极限所存在的一些问题。认为找到一种能够尽量减少对外部条件的依赖 ,从而更本质地反映材料性能的方法。     

Evaluation of forming limit in viscous pressure forming of automotive aluminum alloy 6k21-T4 sheet

A ductile fracture criterion is introduced into numerical simulation to predict viscous pressure forming limit of the automotive body aluminum alloy 6k2 l-T4. The material constant in the ductile fracture criterion is determined by the combination of the viscous pressure bulging （VPB） test with numerical simulation. VPB tests of the aluminum alloy sheet are carried out by using various elliptical dies with different ratios of major axis to minor axis（β）, and the bugling processes are simulated by the aid of the finite element method software LS-DYNA3D. On the basis of the stress and strain calculated from numerical simulations, the forming limits of bulging specimens obtained are predicted by the ductile fracture criterion, and compared with experimental results. The fracture initiation site and the minimal thickness predicted by the ductile fracture criterion are in good agreement with the experimental results.     

应用韧性断裂准则预测不同材料的胀形极限

为了准确地预测板料成形极限 ,将韧性断裂准则引入到有限元模拟中。在有限元模拟获得的应力应变场基础上 ,应用韧性断裂准则预测板料断裂的发生。本文应用作者提出的韧性断裂准则及材料常数的确定方法预测了铝合金板和钢板的半球形凸模胀形的成形极限。与实验结果比较表明 ,该方法能在较宽的材料范围内预测胀形成形极限。     

电站主管道用铸造奥氏体不锈钢断裂韧度尺寸效应试验研究

为了探究电站主管道用铸造奥氏体不锈钢韧性断裂的尺寸效应,对五种不同厚度的标准紧凑拉伸试样在室温下进行了断裂韧度试验,通过SEM观察并分析了断裂面的显微结构.结果表明:试样厚度在12～20 mm时,断裂韧度随着试样尺寸的增大呈上升趋势,在20～50mm厚度范围时断裂韧度随试样尺寸的增大而减小;撕裂模量随试样尺寸的减小而增加.断裂面上接近中截面的位置容易产生以大型韧窝为主的沿晶断裂,在接近外表面位置较易产生以大量微小韧窝为主的穿晶断裂.利用断裂韧度的定义进行理论分析,用约束水平和断裂影响区域体积的变化解释不同尺寸效应,通过有限元分析模拟得到断裂面上三向应力比的分布变化是影响断裂应变和断裂韧度的重要因素.     

金属韧性断裂准则的实验研究

韧性断裂准则作为材料成形极限中的重要指标,对于准确预测金属内部和表面韧性破坏发生的时间和位置、工艺制定和模具设计具有重要的意义。以45钢为材料,采用不同形式的试件进行了拉伸、压缩、剪切、扭转等实验,并利用金属塑性成形模拟专业软件对实验过程进行数值模拟,对工程中广泛使用的11种韧性断裂准则进行分类对比研究。指出Normalized Cockroft & Latham和Brozzo断裂准则比较适用于高应力三轴度成形过程,而Ayada和Rice-Tracy断裂准则更适用于较低应力三轴度成形过程。