基于GISSMO断裂失效模型的高强钢落锤压溃仿真分析

选取不同性能的DP980钢开展落锤压溃测试过程失效分析。基于GISSMO断裂失效模型,设计了5种不同的断裂失效试样,获取了断裂时刻的等效塑性应变,并搭建了仿真分析模型,提取了各试样断裂时的应力三轴度,拟合获得了断裂失效曲线和塑性失稳曲线。采用仿真和试验相结合的方法,对材料的承载和吸能、不同位置单元的失效过程及相同位置单元的损伤进行了对比分析。研究结果表明：高扩孔性能DP980钢的扩孔率达到了77.6%,明显高于普通DP980钢,其局部延展性也大于普通DP980钢;高扩孔性能DP980钢单位压溃位移吸收能量比普通DP980钢提升了21.74%,表现出更好的吸能特性。     

22MnB5高强度钢板材的断裂失效准则研究

对22MnB5高强度钢板材进行动态拉伸试验,获得材料的弹塑性力学性能数据,使用Swift-Hockett-Sherby本构模型描述其应变硬化特性。完成22MnB5高强钢板材的剪切、准静态单向拉伸、动态拉伸、缺口拉伸和穿孔试验,获得板材在不同应力状态下的力学试验数据,基于有限元软件LS-DYNA中的Modified Mohr-Coulomb (MMC)断裂准则,完成22MnB5高强度钢板材的MMC断裂准则模型参数标定,建立22MnB5高强度钢板材的MMC断裂准则失效曲面。采用MMC断裂准则模型,进行前防撞梁的三点弯曲压溃试验,仿真和试验结果吻合较好,说明MMC断裂准则模型能够有效的预测22MnB5高强度钢在碰撞载荷作用下的断裂失效过程。     

相变诱导塑性钢高应变速率性能和失效行为分析

以TRIP590钢为研究对象,对静态和高应变速率下的力学性能进行测试,获取性能变化规律,并对应变速率相关本构模型进行拟合;采用剪切、中心孔拉伸、缺口拉伸、穿孔等5种试样来表征材料在拉伸、剪切及复合状态下的失效行为,并采用MMC断裂失效模型进行拟合;将材料模型应用于不同试样模型,开展断裂试验仿真,并与试验测试结果进行对比,以验证失效模型的精度;采用高速冲击折弯进行试验,验证模型的准确性。结果表明：TRIP590钢具有良好的延展性,断后伸长率可达35.5%,强塑积达到21.66 GPa%;具有较强的应变速率敏感性,随着应变速率的增加,其强度不断增加,而且材料的伸长率也不断提高;随着应变速率的提升,材料吸收的能量逐渐增加;设计的5种断裂失效测试试样可以表征材料的失效行为;应用MMC断裂失效模型仿真所得的断裂形貌与试验结果相符,关键参数仿真与试验测试结果的平均误差均小于5.5%;拟合获得材料本构模型用于冲击折弯的仿真结果与实测结果基本一致,误差控制在3%以内,可以较好地反应材料的力学特征。     

基于修正GTN模型的双相钢断裂失效判据研究

在屈服函数中引入剪切损伤参数对GTN模型进行修正,对较广应力三轴度的失效进行预测;设计不同切口的剪切试验,并将修正的GTN模型以及双相钢DP780的材料参数和损伤参数编入VUMAT子程序,用ABAQUS进行仿真,获得双相钢失效时的临界应力三轴度T与其对应的剪切损伤,拟合出极限剪切损伤值与应力三轴度的函数关系曲线;然后结合颈缩断裂时的临界孔洞体积分数与应力三轴度的关系,建立适用于较广应力三轴度的DP780断裂失效细观判据;设计了拉弯成形试验并带入ABAQUS中进行仿真,证明得出的细观断裂判据能预测双相钢在冲压成形过程中出现的不同断裂现象。     

先进高强双相钢板破裂失效B-W预测模型

为研究先进高强双相钢不同型号板料的应力三轴度与断裂应变的断裂特性，建立不同应力状态下的应力三轴度与断裂极限应变B-W关系曲线，研究B-W曲线与钢种材料参数的关系，设计了4种先进高强双相钢的拉伸、剪切与胀形断裂试验，求解了应力三轴度和等效塑性应变，采用Hill′48正交各向异性模型和Modified Mohr-Coulomb破裂失效模型对拉伸、剪切与胀形断裂进行了数值模拟，建立了从剪切到双拉范围内的B-W曲线，并通过研究B-W曲线与材料参数的相关性，建立了B-W曲线与材料参数的表达式，以减少标定B-W曲线的困难。通过拉弯试验与仿真验证了所建立模型的准确性和有效性。     

先进高强度双相钢成形极限模型

针对先进高强度双相钢的成形极限进行研究,通过对4种不同型号的钢板试件(DP590、DP780、DP980和DP1180)进行静态单轴拉伸试验,分别获取这4种型号先进高强度钢的真实应力-应变曲线以及相关力学参数。同时,基于Hill'48屈服准则以及Mohr-Coulomb (MMC)失效准则编写VUMAT子程序,通过有限元仿真软件ABAQUS,对试件进行数值仿真模拟,通过分析处理仿真数据,得到先进高强度双相钢钢板的成形极限曲线。结合现有的成形极限曲线的相关理论方法,最终建立适用于先进高强度双相钢成形极限的理论模型。最后与现有的标准成形极限曲线理论模型以及仿真数据分别进行对比验证,验证了所建模型的准确性和有效性。     

MS1400/DP980钢的电阻点焊的工艺性能分析

为了研究电阻点焊在先进高强钢的应用,对厚度为1.2 mm的MS1400和DP980钢进行点焊试验. 试验表明,接头一字拉伸断裂试验有三种失效模式:界面断裂、纽扣拔出以及部分纽扣拔出,通过调节焊接时间和焊接电流的工艺参数实现纽扣拔出得到较优参数. 在较优参数下分析MS1400与DP980钢两侧热影响区的各区域以及熔核区的金相组织,各区域的变化与显微硬度分布曲线基本对应.     

基于帽形冲击实验的Q&P钢冲击性能研究

冲击及吸能性能是高强钢在汽车安全中的重要特性,基于帽形冲击实验及仿真,对QP980、DP980和DP780钢的吸能特性及其规律性展开对比分析及研究。进行了厚度为1.6 mm的3种板料帽形试样碰撞实验,对碰撞实验进行了有限元仿真,通过比较相同冲击速度下实验与仿真中压溃力-时间曲线、最大压溃距离及变形模式,验证了仿真模型的准确性,并基于仿真模型,预测了不同初始碰撞能量情况下试样的变形模式及变形行为。通过实验及有限元仿真,分析比较了QP980、DP980、DP780的吸能特性及其规律性,结果发现QP980的冲击碰撞性能较好,且相同碰撞能量下,DP980与QP980的帽形件变形模式基本相同。     

无铆钉自冲铆接有限元简化模型建模方法研究

无铆钉自冲铆接被广泛用于异种材料的连接,其失效形式对整车的碰撞性能至关重要。本文对钢铝异种材料无铆钉自冲铆接接头简化有限元模型的建模方法进行了一定的研究。在准静态条件下,分别采用梁单元、实体单元和约束单元(SPR2模型)作为铆接简化有限元模型,进行十字拉伸和搭接剪切试验的仿真分析。结果表明:在十字拉伸工况下,SPR2模型结果的载荷值相比试验稍偏弱,但整体与试验值较符合;在搭接剪切工况下,梁单元无法模拟韧性失效模式,实体单元和SPR2模型均能模拟出韧性失效模式。考虑到实体单元建模复杂,SPR2模型作为铆接简化有限元模型较为理想。在动态加载试验中,对SPR2模型展开进一步研究。SPR2模型在动态十字拉伸试验中跟静态一样可以准确模拟出失效点,同时在动态搭接剪切试验中对失效点的预测比静态更为准确。     

DP780高强双相钢激光拼焊接头GTN损伤模型参数标定

为了获得DP780高强双相钢激光拼焊接头的模拟参数，根据混合法则对激光拼焊接头进行区域细化，采用ABAQUS有限元仿真软件对母材、焊缝和纵向接头的拉伸实验以及极限拱顶高度实验进行了有限元建模，依据拉伸实验的工程应力-工程应变、拉伸试样断裂位置及拼焊板断裂失效模式结果并结合有限元反推法，确定了接头各区域的GTN损伤模型参数，从而对横向接头的拉伸实验和极限拱顶高度实验进行了模拟。结果表明：不同热输入下接头的拉伸实验曲线与模拟曲线、模拟断裂位置与实际断裂位置较吻合；拼焊板失效时的极限拱顶高度值与实验值相接近；拼焊板失效模式与实验结果相一致。     

汽车用双相钢板焊点组织性能的仿真优化

为提高整车碰撞安全CAE仿真的精度,基于HC340/590DP双相钢板电阻点焊剪切样件,通过场发射扫描电子显微镜、显微维氏硬度计等设备表征了焊点母材区、热影响区和熔核区的微观组织和硬度分布,采用LS-DYNA软件对焊点的断裂特性进行仿真模拟,并与拉伸试验结果进行对比分析,同时根据焊点各区域硬度差异对CrachFEM模型材料进行修正。结果表明:修正后的仿真结果与试验结果一致性高,可有效预测焊点位置的失效特性。     

B280VK高强钢的Johnson-Cook本构模型与失效参数确定

通过对B280VK高强钢进行动态和准静态拉伸试验获取了其相关力学性能，并基于Johnson-Cook本构模型反求出B280VK高强钢的本构模型参数。结果表明，Johnson-Cook本构模型拟合曲线与试验拉伸曲线具有较高的一致性，能够反映出B280VK高强钢材料拉伸应力及应变变化趋势，可用于预测B280VK高强钢的应力-应变关系。然后，利用不同缺口样件准静态和动态拉伸载荷工况下获得的失效应变和应力三轴度值，通过最小二乘法拟合获得Johnson-Cook失效模型参数。最后，通过对比仿真与试验结果发现仿真与试验的载荷-位移曲线具有较高的一致性，并且峰值载荷最大相对误差被控制在9.23%以内，验证了B280VK高强钢的Johnson-Cook失效模型的准确性。     

铝合金在两种应力状态下损伤机理研究

铝合金汽车构件在撞击的过程中,构件的应力状态各点均不相同,而且在撞击的过程中各点的应力状态随着时间变化而变化.为了研究铝合金构件在不同应力状态下损伤机理,采取了两种代表性的三轴应力状态,即缺口拉伸与纯剪切所产生的应力状态.研究结果表明缺口拉伸试验中,缺口根部产生相对较高的三轴应力,而且缺口根部明显产生微孔洞,随着应力的不断升高,微孔洞的体积分数不断增大.当达到材料的临界孔洞体积分数时,试样断裂;纯剪切试验中,三轴应力几乎等于0,在材料内部几乎没有产生微孔洞而产生了剪切带.剪切带在切应力的作用下变形不断增大,当到达材料的等效塑性断裂应变时,试样发生断裂;用Gurson损伤模型和剪切失效分别模拟缺口拉伸和剪切试验,试验的工程应力-应变曲线与模拟的工程应力-应变曲线拟合的很好.     

铝合金在两种应力状态下损伤机理研究

铝合金汽车构件在撞击的过程中,构件的应力状态各点均不相同,而且在撞击的过程中各点的应力状态随着时间变化而变化.为了研究铝合金构件在不同应力状态下损伤机理,采取了两种代表性的三轴应力状态,即缺口拉伸与纯剪切所产生的应力状态.研究结果表明:缺口拉伸试验中,缺口根部产生相对较高的三轴应力,而且缺口根部明显产生微孔洞,随着应力的不断升高,微孔洞的体积分数不断增大.当达到材料的临界孔洞体积分数时,试样断裂;纯剪切试验中,三轴应力几乎等于0,在材料内部几乎没有产生微孔洞而产生了剪切带.剪切带在切应力的作用下变形不断增大,当到达材料的等效塑性断裂应变时,试样发生断裂;用Gurson损伤模型和剪切失效分别模拟缺口拉伸和剪切试验,试验的工程应力-应变曲线与模拟的工程应力-应变曲线拟合的很好.     

激光点焊花样对高强钢接头力学性能的影响

设计了8种激光点焊花样,并将其分别应用于DP980和QP1180两种超高强钢的激光搭接焊上。通过拉伸试验机和专用夹具对这两种材料的8种点焊花样接头的十字拉伸、剪切拉伸和剥离性能进行了测量和分析。结果显示,点焊花样对DP980和QP1180的十字拉伸和剪切拉伸载荷有显著影响,对DP980的剥离载荷影响较大,但对QP1180的剥离载荷影响有限(除I形外)。不同点焊花样的焊缝长度与十字拉伸、剪切拉伸和剥离载荷的相关性不明显。其中,S形、O形和Z形的剪切拉伸载荷超过了30000 N,是C形的1.5倍以上。综合考虑成本和性能,O形焊缝的优势较为明显,虽然其焊缝长度比常用的C形高1倍,但其十字拉伸和剪切拉伸载荷有显著提高。     

基于薄壁梁落锤压溃高强钢动态力学性能分析

先进高强钢对汽车的安全性和轻量化具有重要影响,其动态力学性能直接影响到整车碰撞安全。针对汽车用先进高强钢的动态力学性能进行分析,选取双相高强钢HC500/DP780,分别采用普通力学拉伸试验机和液压伺服高速拉伸试验机,获得0.001和0.1 s~(-1)的2种准静态下以及1,10,100,200,500和1000 s~(-1)的6种高应变速率下的单向拉伸试验力学性能,并基于Johnson-Cook方程获得材料的动态力学本构模型。基于薄壁梁落锤压溃试验平台进行压溃性能分析,并采用LS-DYNA进行模拟仿真分析,以此对材料动态力学性能数据及本构模型进行验证分析。结果可知:模型仿真与试验分析的变化趋势基本一致,表明模型仿真的准确性,进而说明材料动态力学性能及本构模型的准确性;随着碰撞速率的增加,管件的吸能比以及载荷比都在减小,这说明碰撞速率对管件的吸能特性有一定影响,随着碰撞速率增加,管件的吸能特性逐渐降低。     

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。     

高强钢拉伸弯曲回弹试验与仿真研究

基于拉伸弯曲回弹试验平台,进行了两种高强度冷轧双相钢DP780和DP980拉伸弯曲回弹性能试验,得到了两种材料在不同压边力条件下的拉伸弯曲回弹数据,分析讨论了两种材料的成形及回弹性能;同时,利用有限元软件ABAQUS建立了拉伸弯曲试验的仿真模型,根据试验参数进行了对应的成形及回弹过程数值仿真,最后,将仿真回弹结果与试验结果进行了对比,并计算出仿真与试验回弹量偏差率。结果表明:随着压边力的增大,拉伸弯曲的回弹量不断减小;仿真与试验回弹量最大偏差率为11.2%,说明仿真结果与试验符合度较高。     

复杂应力状态下车用高强钢断裂失效行为表征与应用研究

以某车用热成形高强钢板材为研究对象,结合DIC技术对剪切、拉伸等5种典型应力状态下试样的断裂性能进行了测试研究.基于试验结果,选取Gissmo断裂失效模型,并采用有限元逆向优化方法标定了该模型的参数.分别应用Gissmo断裂失效模型和固定应变断裂模型预测了高强钢B柱在三点静压工况下的断裂失效行为,并对预测结果进行了试验...     

基于MMC准则的双相高强钢HC820/1180DPD+Z断裂失效模型分析

对超高强双相钢HC820/1180DPD+Z的断裂失效模型开展研究，并分析了其微观组织和力学性能。基于MMC断裂失效准则，设计了5种失效试样，采用万能试验机和DIC获得了5种试验的断裂临界塑性应变和力-位移曲线，采用Swift和Hockett-Sherby混合硬化模型拟合并获取了材料的外延硬化曲线，并得到混合模型的最佳加权系数和5种试样的仿真模型，基于仿真模型获得5种应力状态下的应力三轴度和临界塑性应变。最后，基于MMC断裂失效模型拟合获得材料的失效曲线，并采用防撞梁落锤冲击试验与仿真对比分析，验证了断裂失效模型的准确性和精度。结果表明：混合硬化模型对材料硬化曲线的拟合精度较高，加权系数α为0.3时各断裂失效试样的最大力值误差小于3%;未应用断裂失效模型的加速度-时间曲线与试验曲线明显不符，误差较大，而应用MMC断裂失效模型的断裂形貌与试验结果相符，断裂时刻和加速度最大值时的误差分别为2.5%和1.7%,说明模型的精度较高，可以应用于整车碰撞仿真分析。