基于单轴拉伸试验、模拟及优化方法的材料本构识别

基于材料单轴拉伸试验及与其有限元模拟的结果的对比,采用优化方法对材料本构模型参数进行识别。假定材料的应力应变关系可以用Ludwick型本构模型来拟合,以材料单轴拉伸试验拉伸载荷-位移关系曲线与有限元数值模拟得到的拉伸载荷-位移曲线的差值的绝对值作为目标函数,以材料本构参数为设计变量,建立了材料本构参数识别优化模型。采用多目标粒子群算法,通过使目标函数极小化来识别材料本构参数。以Q235钢为例,获得了拉伸试验试件颈缩后的真应力与真应变的本构关系,验证了该方法的有效性。     

冷轧钢单拉本构关系与韧性断裂参数研究

以SPCC钢为研究对象并采用拉伸试验与有限元模拟相结合的方法来获得准确表征颈缩后材料变形行为的本构关系与韧性断裂参数值。通过试验得到了工程应力-应变曲线,使用SEM观察断口形貌并分析了断裂机理。利用Abaqus软件进行三维拉伸模拟,对颈缩后工程应力-应变曲线进行拟合,获得了最优拟合的本构关系。假定等效断裂应变与应力三轴度间关系为反比例函数,利用反求法使得实际断裂应变与具体变形路径下的累积名义断裂应变相等,从而确定了断裂参数值。模拟结果表明,材料模型能够准确描述整个变形过程,合理预测韧性断裂的发生。此外,模拟中颈缩发生时等效应变值与理论计算值吻合度很高,证实了模型的可靠性。     

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。     

高强钢动态力学性能及断裂行为研究

对某马氏体高强钢材料进行准静态及动态拉伸试验,得到在不同应变率下材料的应力-应变关系.对Johnson-Cook模型中的应变率强化系数C进行修正,建立了考虑应变率效应的高强钢本构关系.通过对不同应变率、不同加载状态试验的断裂应变进行分析,结果表明,应变率对断裂应变的影响没有规律,而随着应力三轴度的增加,材料的断裂应变降低.对Johnson-Cook断裂模型的参数进行修正,建立了考虑应力三轴度的断裂模型.将Johnson-Cook本构模型和断裂模型的相关参数输入到ABAQUS中进行仿真模拟,仿真结果与试验结果基本一致,从而验证了该本构模型与断裂模型的正确性.     

TC4钛合金L型材热拉伸变形本构方程研究

钛合金型材作为力学性能良好的轻质材料,被广泛应用于飞行器框梁等骨架零件中,其成形质量直接关系到飞机的装配精度、整机气动外形和使用寿命。为探究TC4钛合金L型材的热拉伸变形行为及本构关系,在不同的温度(600~800℃)和初始应变速率(0.00033~0.0083 s~(-1))下进行了多组单轴热拉伸试验,根据应力-应变曲线特点分析了型材热拉伸变形行为,并通过采用回归处理和参数优化的方法建立其复合型唯象本构方程,该模型预测应力和实测应力的最小相关性系数R和最大平均相对误差绝对值AARE分别为0.9641和7.5%,即建立的本构模型能够高精度表征TC4钛合金L型材的热拉伸变形行为,可作为其热变形有限元模拟的准确材料模型。     

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。     

7050-T7451铝合金铣削加工表面材料特性与本构关系模型的建立

为研究7050-T7451铝合金材料铣削后表面应力应变特征,并建立表面材料本构关系模型,采用SSM-B4000TM型应力应变显微探针测试系统对铝合金7050-T7451材料表面进行自动球压痕(ABI)实验测试,获得载荷-深度曲线,据此估算本构关系模型中应变硬化指数(n)与屈服强度(σy)等未知参数。进而基于有限元建模(FEM)进行压痕过程的有限元仿真分析,研究本构关系模型中参数n与σy的变化对载荷-深度曲线的影响规律,获得仿真载荷-深度曲线与实验曲线误差最小时的参数n与σy应满足的函数关系,验证了基于实验本构关系模型参数的准确性。采用该材料本构关系模型仿真的载荷-深度曲线与实验曲线相比,平均误差为5.2%。     

韧性断裂准则及损伤模型在冲裁有限元模拟中的应用研究

在冲裁有限元模拟中,韧性断裂准则的选择会对冲裁件断面质量与尺寸精度产生很大影响。为了获得符合实际的模拟结果,进而优化冲裁工艺,重点研究了一些常用的韧性断裂判定依据,并从物理学角度阐述了韧性断裂机制。基于试验的韧性断裂准则,考虑了变形历史中的应力应变关系,使用由反求法确定的临界值来判定韧性断裂的发生与否。基于连续损伤力学建立的损伤模型,考虑了变形过程中损伤累积对材料本构关系的影响,能够更准确地描述断裂过程。此外,还分析了冲裁有限元模拟中的关键技术,如采用任意拉格朗日欧拉方法来解决网格畸变问题,使用单元分裂、单元分离与单元删除等技术来处理裂纹的萌发与扩展。探讨了目前韧性断裂模拟中存在问题以及未来发展方向。     

汽车仪表盘PP材本构关系计算

利用PP材料拉伸试验的位移载荷曲线,结合弹塑性力学中的相关假设,分阶段计算该材料的真应力-真应变曲线,并利用LS-DYNA显示分析算法,输入该真应力-真应变曲线,模拟计算该材料的单轴拉伸试验,通过模拟结果与试验结果的比较,验证了真应力-真应变曲线的有效性。同时提出了一种塑性材料颈缩阶段的本构简化模型。     

基于细观力学有限元法的碳纤维增强铝合金复合材料横向拉伸行为研究

针对真空压力浸渗制备的碳纤维增强铝合金复合材料（CF/Al复合材料）,分别采用延性损伤本构和内聚力界面本构定义基体合金和界面的损伤演化与失效行为。建立其细观力学单胞有限元模型,数值模拟获得了复合材料横向拉伸变形中基体合金和界面的细观损伤演化和失效过程,通过复合材料横向拉伸应力-应变试验曲线与数值模拟曲线对比,验证所建立细观力学有限元模型的可靠性。结合力学试验和拉伸断口分析,探索CF/Al复合材料横向拉伸变形时断裂力学行为规律及其失效机理。