先进高强钢DP780板料的温成形极限预测研究

为准确预测DP780钢板料在温成形条件下的成形极限曲线,将韧性断裂预测模型引入到数值模拟.基于DP780钢板料在温度范围573 K～873 K、应变率范围6.67× 10-4s-1～6.67×10-3s-1的单向拉伸试验结果分析,利用强塑积指标确定了温度为673 K、应变率为3.33× 10-3s-1条件下材料的温冲压成形性能较好.通过该变形条件下的简单拉伸试验和数值模拟,确定了影响DP780钢板料韧性断裂的主要因素.建立了可以预测DP780钢板料在不同应变路径下发生拉伸型断裂和剪切型断裂两种断裂机制的韧性断裂预测模型,并与温成形本构模型、Hill'48屈服准则相结合实现了刚模胀形试验的数值模拟,预测了DP780钢板料在温度为673 K下的成形极限曲线,并建立了成形极限数学模型.结果 表明,利用该方法预测的成形极限结果拥有较好的精度.     

韧性材料断裂形式与J准则存在的问题

受材料特性不同与应力状态形式不同的影响,韧性材料可发生准解理断裂、孔洞正拉断、孔洞剪断和无孔洞影响的剪断等多种断裂形式,不同的断裂形式,材料中危险点位置与宏观断裂面方向则不同,相应的细观断裂机理、宏观断裂条件也有区分.J-积分理论没有区分材料不同断裂形式,将其用于金属材料一些复合型断裂试验结果时有较大误差.利用细观力学对材料断裂机理的分析,结合几种金属材料在不同应力状态下的断裂试验结果,对J准则存在的基本问题进行讨论,并对材料不同断裂形式的主要影响因素进行分析.     

先进高强度双相钢车身板的韧性断裂准则分析

先进高强度钢在冲压成形过程中由于剪切和颈缩竞争导致出现独有的断裂现象,困扰着车身板的成形工艺设计,阻碍着双相钢零件的尺寸精度与成形质量的进一步提高。修正的摩尔库伦准则可以预测双相钢的韧性断裂,但其参数的确定需要较多的试验,本文中采用一个既方便工程应用又统一拉伸和剪切这两种现象的韧性断裂准则,并编写基于Hill'48各向异性屈服准则的Abaqus Vumat子程序,模拟DP780拉弯成形实验,通过比较这两种韧性断裂准则,发现该韧性断裂准则可以用于双相钢的冲压成形的断裂预测,误差满足工程要求。     

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。     

拉/扭复合载荷下氧化铝的切口强度及预测

提出了适用于陶瓷切口件拉／扭复合应力下的断裂准则，其中不合经验参数。采用具有不同应力集中系数的Al2O3陶瓷管状试样，在不同的拉／扭复合应力状态下测定了断裂强度。试验结果证明了该断裂准则的有效性和通用性。利用现有文献中的相关试验结果，对上述断裂准则作了进一步的客观校核。根据该断裂准则和陶瓷材料拉伸强度的概率分布参数，还可预测陶瓷材料光滑试样和切口件在拉／扭复合应力下具有存活率的断裂准则。提出的断裂准则具有工程应用意义。     

TRIP590先进高强钢板的双向加载变形行为

为了探索TRIP590先进高强钢板的复杂变形行为,从试验、理论和有限元模拟三个方面对其在不同双向加载路径下的应力应变关系进行研究。针对TRIP590先进高强钢板料进行十字形试件的双向拉伸试验,获得了不同加载路径下的双向拉伸变形性能。基于弹塑性理论和广义胡克定律,采用Mises屈服准则和Hill48屈服准则(Hill屈服准则采用两种方法求解其参数)给出包含弹性和塑性应变在内的双向拉伸真实应力-真实应变关系曲线,并与试验结果进行对比,分析不同屈服准则的精度及误差原因。采用ABAQUS有限元软件,基于Mises和Hill48两种屈服准则对十字形试件不同加载路径下的双向拉伸试验进行有限元模拟。将试验直接采集到的不同加载路径下的双向拉伸载荷-位移数据与有限元模拟结果进行对比,进一步分析不同屈服准则的精度,同时验证采用本研究中的十字形试件的双向拉伸试验来计算双向应力-应变关系的可行性。研究结果可为TRIP590先进高强钢板在实际成形工艺中的应用提供重要的技术支撑。     

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.     

TiAl金属间化合物基合金压缩断裂行为

通过对压缩试样的加载-卸载以及加载-卸载-再加载等试验和相应的裂纹观察、断口观察,详细研究TiM金属间化合物基合金压缩断裂行为.研究结果表明:压缩预加载产生的损伤对压缩断裂行为没有影响,然而对后续的拉伸断裂行为则产生影响,一定程度上大大降低其拉伸断裂应力.对全层和双态组织来说,剪切开裂首先产生于顶面或底面,在压缩试验中顶面和底面的切应力是主要的控制因素.最终的断裂是由顶面和底面产生的剪切裂纹扩展到试样中部并相互连接而诱发.对于双态组织(Duplex,DP)和全层组织(Fully lamellar.FL)来说,纵向开裂的形成原因不同.压缩和拉伸性能的巨大差异是由于其断裂机理不同引起,拉伸试验断裂主要是由正应力控制,然而压缩试验中断裂主要是由切应力控制.     

基于Gissmo失效模型的6016铝合金板材断裂行为研究及应用

准确预测金属板材在成形过程中的失效行为是当前面临的挑战。许多试验表明,金属材料的断裂失效行为伴随着强烈的应变路径依赖性。Gissmo失效模型采用非线性方式计算损伤积累,考虑材料的应力状态对断裂失效应变临界值的影响,适用于预测金属材料在不同应力状态下的断裂行为。以汽车用6016铝合金板材为研究对象,设计六种反映材料不同应力状态的试样,通过试验结合有限元仿真对标的方法,校准Gissmo失效模型中的参数。将Gissmo失效模型用于预测铝合金板材汽车发动机罩内板在冲压过程的断裂失效问题,并对数值模型计算结果进行试验验证。结果表明,与传统成形极限图相比,Gissmo失效模型的计算结果与试验结果更加吻合,铝合金汽车发动机罩内板样件均未出现裂纹区域,表明Gissmo失效模型适合用于准确预测6016铝合金板材的断裂行为。     

基于韧性断裂的汽车用铝合金板滚压包边成形开裂预测

通过对比铝合金平面直线翻边试验及基于集中性失稳模型得到的极限应变和开裂断口,研究了汽车用铝合金滚压包边的失效机理;基于韧性断裂、塑性增量法则和混合强化准则,理论推导得到了弯曲成形极限图,并通过试验对成形极限应力图进行了验证;最后,通过数值解析的方法,研究了韧性断裂准则在滚边成形中的适用范围。结果表明:基于韧性断裂准则的成形极限图,可以用来预测铝合金滚压包边过程中产生的开裂;包边变形过程中弯曲强化效应无法忽略,适用于拉弯成形极限预测的集中性失稳理论将无法应用于滚压包边成形。     

Fracture limit prediction using ductile fracture criteria for forming of an automotive aluminum sheet

Forming limit curves at neck and at fracture have been experimentally determined, and surfaces of fractured dome specimens have been observed optically and in the SEM, for an automotive AA6111-T4 sheet material. Various continuum ductile fracture criteria from the literature along with the assumptions of power law hardening, Hill’s quadratic yield criterion, and proportionality of stress and strain paths have been utilized for prediction of forming limit curve at fracture and compared with the experimental curve to assess the applicability of the different fracture criteria. The maximum shear stress criterion by Tresca predicts reasonably well the fracture limits of AA6111-T4 sheet material for a range of strain ratios, and is consistent with the microstructural observations. The criterion can be used to predict fracture limit curves from uniaxial tensile data and plane strain limit at fracture. A methodology for incorporating such a ductile fracture criterion into FE simulations of sheet stampings for prediction of fracture is discussed.     

Finite element analysis of limit strains in biaxial stretching of sheet metals allowing for ductile fracture

To predict limit strains in biaxial stretching of sheet metals, a criterion for ductile fracture is combined with the finite element simulation. The limit strains are determined by substituting the values of stress and strain obtained from the finite element simulation into the ductile fracture criterion. Material constants in the criterion are obtained from the fracture strains measured in the biaxial stretching tests. Calculations are carried out for various strain paths from balanced biaxial stretching to uniaxial tension of aluminium alloy sheets, and compared with the experimental results. The predicted limit strains are in good agreement with the measured ones not only just at the fracture site but also at outside of the fracture site. It is demonstrated that the forming limit diagrams are successfully predicted by the present approach.     

Analytical and numerical approach to prediction of forming limit in tube hydroforming

Analytical and numerical analyses of forming limit in tube hydroforming under combined internal pressure and independent axial feeding are discussed in this paper. To predict the initiation of necking, Swift's criterion for diffuse plastic instability is adopted based on Hill's general theory for the uniqueness to the boundary value problem. In addition, in order to predict fracture initiation, Oyane's ductile fracture criterion is introduced and evaluated from the histories of stress and strain calculated by means of finite element analysis. From the comparison with a series of tube bulge tests, the prediction of the bursting failure based on the plastic instability and the ductile fracture criterion demonstrates to be reasonable so that these approaches can be extended to a wide range of practical tube hydroforming processes.     

板料冲压成形破坏判断准则的研究进展

分析板料冲压成形中有无明显集中缩颈的韧性破裂、剪切破裂判断准则的研究现状。比较成形极限图以及韧性破裂准则在判断板料破坏中各自的优缺点。针对当前有限元分析软件中的破坏准则用于判断板料局部小特征弯曲强化的成形极限或是先进高强钢板在缩颈前产生剪切破裂等问题所存在的局限性,综述上述特殊问题的研究进展。提出建立沿横、纵两个方向拉伸弯曲下的极限判据对于预测板料局部小特征弯曲的成形极限将更有普遍意义。同时有必要进一步研究先进高强钢板成形的剪切破裂机理,并建立可以有效预测先进高强钢板剪切破裂的有限元模拟失效判据。研究板料成形的上述破坏问题及其判断准则,对于丰富与发展塑性成形理论和指导实际生产具有重要的理论意义和工程应用价值。     

6061铝合金断裂机理的原位拉伸研究

用SEM-520原位拉伸试验对不同应力状态下6061铝合金试件的断裂过程进行研究.结果表明,不同应力状态下的铝合金试样在拉伸过程中其表面均产生了大量的滑移带,但断裂机理不同.随着三轴应力度的降低,断裂从韧窝聚合型混合剪切机制向纯剪切断裂机制过渡,试件断口也由韧窝断裂模式向剪切断裂模式演变;6061铝合金晶界处为最薄弱环节,微裂纹形核于晶界,随载荷的增加,微裂纹长大和扩展.微裂纹之间通过扩展或剪切而连接导致试样断裂;试样最小断面上的三轴应力度越小,试样断口的两个面上韧窝的取向就越明显,断口越光滑.     

Comparison of Modified Mohr-Coulomb Model and Bai-Wierzbicki Model for Constructing 3D Ductile Fracture Envelope of AA6063

Ductile fracture of metal often occurs in the plastic forming process of parts.The establishment of ductile fracture cri-terion can effectively guide the selection of process parameters and avoid ductile fracture of parts during machining.The 3D ductile fracture envelope of AA6063-T6 was developed to predict and prevent its fracture.Smooth round bar tension tests were performed to characterize the flow stress,and a series of experiments were conducted to charac-terize the ductile fracture firstly,such as notched round bar tension tests,compression tests and torsion tests.These tests cover a wide range of stress triaxiality(ST)and Lode parameter(LP)to calibrate the ductile fracture criterion.Plas-ticity modeling was performed,and the predicted results were compared with corresponding experimental data to verify the plasticity model after these experiments.Then the relationship between ductile fracture strain and ST with LP was constructed using the modified Mohr-Coulomb(MMC)model and Bai-Wierzbicki(BW)model to develop the 3D ductile fracture envelope.Finally,two ductile damage models were proposed based on the 3D fracture envelope of AA6063.Through the comparison of the two models,it was found that BW model had better fitting effect,and the sum of squares of residual error of BW model was 0.9901.The two models had relatively large errors in predicting the fracture strain of SRB tensile test and torsion test,but both of the predicting error of both two models were within the acceptable range of 15％.In the process of finite element simulation,the evolution process of ductile fracture can be well simulated by the two models.However,BW model can predict the location of fracture more accurately than MMC model.     

韧性材料的几种断裂形式及判据讨论

考察几种韧性材料的复合型断裂试验过程，用传统强度理论思想认定启裂位置与启裂方向，通过对不同物理机制的断裂形式变化规律的研究，判定韧性材料的主要断裂形式有三类，以空穴成核、扩张、聚合为主导机制的正拉断，和以局部剪切带形成、发展为主导机制的两种不同类型的剪切断裂。局部大塑性变形的出现在材料内引起损伤，空穴的聚合或局部剪切带的出现仅发生在载荷达到某一临界值时。导致材料断裂发生的根本因素，是危险点上某应力参数达到了材料的断裂临界值，以此对不同断裂形式的断裂判据进行讨论，提出新的韧性断裂判据。     

镁合金板材温热成形韧性破裂准则

针对镁合金板材温热成形数值模拟过程中无法精确判断材料损伤破裂失稳的技术难题,建立考虑温度效应的镁合金板材温热成形韧性破裂准则;基于单向拉伸试验和温热成形极限试验,采用试验和数值模拟相结合的研究方法,确定镁合金板材温热成形韧性破裂准则中的材料参数;以建立的考虑温度效应的镁合金板材韧性破裂准则作为判断破裂的标准,对AZ31镁合金板材的温热成形极限进行预测,并且通过温热拉延试验进行试验验证。研究结果表明,考虑温度效应的镁合金板材韧性破裂准则适合镁合金温热成形数值模拟,应用建立的韧性破裂准则成功的预测板材温热破裂方式,揭示板材温热成形韧性破裂机理,预测结果与试验结果体现较好的一致性。     

断裂力学判据存在的一个问题及讨论

利用细观力学对材料断裂机理的认识，结合脆性材料常规破坏试验结果，提出了一个新的拉断破坏条件，该拉断强度条件与常用的几何脆断强度条件相比，能更好地解释材料在复杂应力状态下发生的脆断与小塑性韧断，并对常用的断裂力学判据存在的问题进行了讨论，通过分析影响裂尖空穴扩张的主要因素，给出能适应不同应力状态的新的断裂判据。     

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。