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。     

引入相组成的L-H断裂准则在热冲压硼钢剪切仿真中的应用

针对热冲压硼钢的相组成特点,通过不同的热处理工艺获取了6种相组成的B1500HS板料,设计了3种拉伸试样,利用数字图像相关技术(Digital Image Correlation,DIC)测量了试样的断裂应变与断裂带的应变比并计算得到了应力三轴度和洛德角参数。基于L-H断裂模型,计算得到了适用于每种相组成的断裂准则并将马氏体相体积分数引入其中。通过ABAQUS/Explicit仿真平台,对考虑相组成与不考虑相组成的材料进行了剪切仿真。结果表明,相比于不考虑相组成的仿真,考虑相组成的仿真模型得到的断面形貌与试验结果吻合较好,验证了断裂模型的准确性以及在热冲压剪切中考虑相组成的必要性。     

汽车用6xxx系铝合金薄壁件的韧性断裂行为

针对汽车用6xxx铝合金薄壁件,采用准静态拉伸实验获得材料的真实应力—应变曲线,通过线性回归拟合的方法得到6061和6063材料的Johnson-Cook本构参数A、B、n值分别为90 MPa、422.58 MPa、0.5234和60 MPa、323.57 MPa、0.428。为了准确地预测铝合金变形过程中的开裂行为,将Crockroft-Latham韧性断裂准则引入到数值模拟中,计算出6061和6063铝合金材料的韧性断裂常数分别为334.09 MPa和309.79 MPa。对铝合金缺口试样拉伸实验和汽车铝合金薄壁件压缩实验进行数值模拟和实验验证,发现试样的力和位移曲线以及断裂位置与仿真预测结果吻合度较高,该方法能够方便、准确地预测两种铝合金材料薄壁件的开裂行为。在实际的工程应用中,该方法成为判断材料的断裂失效的一种有效的方法。     

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。     

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。     

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。     

固溶处理时间对7075铝合金热冲压板材塑性及韧性断裂的影响（英文）

研究固溶处理时间对7075铝合金热冲压板材塑性及韧性断裂的影响。对采用不同固溶处理时间的热冲压试样进行拉伸实验,并采用数字图像相关分析方法获取实验过程中试样的应变。基于实验及仿真,对Yld2000-3d屈服准则及DF2014断裂模型进行校准,并将其分别用于描述材料的各向异性及断裂行为。同时,对材料的显微组织进行研究。实验及仿真结果表明,热冲压后,7075铝合金仍残留明显各向异性,且延长固溶处理时间不能有效减弱材料的各向异性。但是,采用较长的固溶时间会提高材料的断裂应变,断裂性能的提高与延长固溶处理时间后第二相颗粒尺寸减小有关。     

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。     

考虑韧性损伤的Ti6554电塑性本构模型建立及应用

建立了修正Johnson-Cook电塑性本构模型,使用FORTRAN语言开发了用户硬化子程序UHARD,并耦合指数形式的韧性损伤断裂准则,使用ABAQUS有限元软件进行了数值模拟。为验证本构模型与有限元模型的合理性,设计了脉冲电流辅助单向拉伸实验,通过控制脉冲电源的频率、占空比以及试验机的拉伸速度,分别在12、13和15 A·mm^-2电流密度下对Ti6554试样进行拉伸,直至断裂。结果表明,模拟与实验的载荷-位移、温度-时间曲线吻合情况良好,试样在15 A·mm^-2电流密度下的流动应力较小,温度攀升较缓,颈缩区域更广,颈缩现象提前发生,材料刚度退化最慢,最后通过扫描电子显微镜观察了3种电流密度下试样的断口形貌,发现试样均为韧性断裂。     

WE43合金在不同应力状态下的本构关系及断裂行为表征（英文）

研究WE43合金在不同应力状态下的塑性和断裂行为。设计拉伸、压缩及剪切试样，并进行力学实验。采用数字图像相关技术对测试过程进行记录和处理。实验结果表明：WE43合金具有低的拉压非对称性，其断裂机制属于韧性断裂。基于Drucker屈服函数，采用不同的硬化规律模拟单轴拉伸和压缩下的塑性变形行为。通过数值模拟得到应力状态和断裂应变。采用Brozzo、Oh、Ko-Huh和DF2016准则对韧性断裂行为进行数值预测，并与实验结果进行对比。结果表明：采用Swift-Voce硬化定律和Drucker屈服函数能合理模拟塑性变形。DF2016断裂准则能准确预测合金在各种应力状态下的断裂行为。     

超高强度钢切削仿真和刀具磨损率建模研究

超高强度钢T250作为一种典型的难加工材料,因其优良的物理和力学性质而应用广泛,通过有限元仿真研究其高速切削过程的刀具磨损预测模型显得非常必要。文章针对高强度马氏体时效钢T250的高速加工的刀具寿命进行研究,通过基于剪切带厚度的应变计算理论计算超高强度钢T250材料的流变应力本构模型,同时进行刀具磨损仿真,从仿真中获得切削过程变量的分布数据,结合仿真中获得后刀面磨损数据,通拟合建立T250钢高速切削的Usui磨损率模型,最终实现对刀具磨损的预测。     

金属板料各向异性断裂模型及断裂实验研究进展

对金属板料各向异性断裂模型及断裂实验目前的研究进展进行了综述和分析,指出细观损伤力学模型通过考虑基体的塑性各向异性,孔洞的形状、大小及空间分布来描述变形过程中损伤的各向异性演化;连续介质损伤力学模型(CDM)通过将标量形式的损伤因子替换成一个损伤张量来描述材料的各向异性损伤;非耦合型各向异性断裂模型通过改变等效塑性应变增量的度量方法或对应力张量进行线性变换两种方法来描述材料的各向异性断裂。可以通过设计一系列具有不同几何形状的试样或者通过在试样边界上施加不同的载荷组合这两种途径来实现不同应力状态下的断裂实验。此外,开展金属板料厚度方向的实验是今后发展的一个重要方向。     

基于临界空穴扩张比理论的不锈钢管高温韧性损伤研究

针对不锈钢管在高温塑性加工过程中出现的裂纹缺陷，在Gleeble-3800热模拟试验机上对TP321奥氏体不锈钢光滑棒材进行高温拉断试验，得到了TP321在温度850～1180℃、应变速率0.01～10 s^-1下的真应力-真应变曲线和试样拉伸断裂瞬间的等效塑性应变。结合有限元仿真，对试验结果进行了数值模拟，得到了应力三轴度的数值，从而计算出了临界空穴扩张比参数V_GC。在此基础上，验证了临界空穴扩张比参数韧性断裂准则在高温下的适用性。发现在特定温度范围内TP321断裂瞬间的V_GC与应变速率相关性较小，与温度呈线性关系，并建立了奥氏体不锈钢断裂瞬间的V_GC与温度的数学表达式。将得到的V_GC准则应用于TP321管坯的不同辊形斜轧穿孔过程中的韧性损伤，对比分析了不同辊形斜轧穿孔仿真结果，发现V_GC准则可准确预测缺陷情况。     

应用韧性断裂准则预测板料的成形极限图

将Oyan韧性断裂准则引入数值模拟预测板料的成形极限图(FLD).讨论了各向异性系数对不同应变状态下准则中各项的影响,通过测定单向拉伸和平面应变拉伸的断裂应变确定了准则中的材料常数.模拟凸模胀形实验得到每一时间步应力、应变值,代入韧性断裂准则预测板料的成形极限.应用Oyan韧性断裂准则预测了铝合金A5182-O和SPCC的成形极限图.模拟结果表明,用韧性断裂准则和数值模拟相结合能成功预测板料的成形极限图.     

楔横轧韧性损伤模型中Zener-Hollomon参数的确定

为将温度和应变速率耦合到现存的韧性断裂准则中,文章利用Gleeble3500热模拟机对45钢进行压缩实验,采用最小二乘法计算Zener-Hollomon参数中的变形激活能Q,得到了45钢在温度1050℃~1200℃、应变速率1s-1~100s-1下的材料流动应力方程,不仅为韧性损伤模型的建立奠定了基础,而且可为应用韧性断裂准则模拟楔横轧心部缺陷的有限元模拟中的材料模型,提供基础数据。     

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。     

Ti40阻燃钛合金热变形的开裂预测

Ti40阻燃钛合金热变形困难且容易发生开裂。因此，研究该合金在不失效的情况下实现预期的变形就显得非常重要。本研究采用韧性断裂准则和有限元模拟相结合的方法，对Ti40合金热变形过程进行开裂预测。通过圆柱试样不同温度和应变速率的压缩模拟试验，发现在一定的变形条件下该合金会发生纵向开裂和剪切开裂。随后的有限元模拟获得了变形试样各个区间的应力一应变分布情况及演变过程，这被用来评价6种已有的韧性断裂准则对Ti40合金高温变形的初始开裂位置及损伤值预测的准确性。研究结果表明，只有Oyane韧性断裂准则能准确地预测试验范围内所有条件的Ti40合金的初始开裂位置和临界开裂值。     

基于韧性断裂准则的铝合金板材成形极限预测

为了准确地预测铝合金板材成形极限，将韧性断裂准则引入到数值模拟中。在数值模拟获得的应力应变值基础上，采用简单拉伸试验和数值模拟相结合的方法确定了韧性断裂准则中的材料常数，并应用该韧性断裂准则预测了铝合金LYl2(M)的圆筒件拉深和半球形凸模胀形的成形极限。预测结果与实验值吻合较好，该韧性断裂准则能够预测铝合金板材成形极限。     

韧性断裂准则的研究及其在冷镦成形过程中的应用

塑性成形过程中,材料的韧性断裂是主要约束因素之一。本文用实验与有限元法结合的方法,对几种有代表性的韧性断裂准则进行了分析。结果说明以孔洞理论为基础的Oyane断裂准则能够较准确的预测成形中的启裂位置,与实验结果相吻合。同时将Oyane断裂准则用于冷镦内六角螺钉成形过程中,结果与实际生产相符合。