不同屈服准则对MP980钢和5182-O铝合金塑性各向异性描述能力研究

基于MP980钢和5182-O铝合金沿轧制方向成不同角度的单轴拉伸和不同加载路径下的十字型试样双轴拉伸实验数据，通过计算测量数据与不同材料模型预测的单轴拉伸屈服应力与r值、等双轴拉伸屈服应力与r值和塑性功轮廓线的预测误差进行定量评估，分析了使用不同材料参数识别策略的Hill48、新数学形式的Barlat91(New)和Yld2000-2d各向异性屈服准则在描述塑性各向异性方面的能力，评价了这些材料模型的有效性和适用性。结果表明，使用应力各向异性数据识别材料参数，在描述与应力相关的实验数据时更为精确，使用变形各向异性数据识别材料参数，在描述r值时更加精确。包含更多材料参数的Yld2000-2d屈服准则相比于Hill48和Barlat91(New)可以更精确地反映两种板材的各向异性屈服行为。在使用完全相同的力学性能识别屈服准则的材料参数时，高阶模型对塑性功轮廓线具有更高的预测精度。     

各向异性屈服函数及其参数识别方法对成形极限预测的影响

为准确预测金属板料各向异性行为,各向异性屈服准则一般要引入一定参数,在参数识别过程中要使用到一定试验数据。等双轴拉伸试验数据是经常被使用在参数识别中的数据之一。但由于等双轴拉伸试验或参数逆向识别方法的复杂性,采用平面应变试验与标准单轴拉伸试验相结合的方法,进行各向异性屈服函数的参数识别。针对Yld2000-2d屈服函数,分别基于等双拉试验数据和平面应变试验数据进行了参数识别,并将识别的Yld2000-2d屈服函数用于M-K模型,完成了AA5182-O铝合金和TRIP780钢两种板料成形极限的数值预测。通过与实验结果及Mises和Hill48屈服函数预测值的对比,验证了Yld2000-2d屈服函数的准确性以及采用平面应变数据进行参数识别的有效性。     

汽车铝合金覆盖件成形数值模拟的各向异性屈服准则研究

铝合金作为一种典型的汽车轻量化材料,被越来越多的运用到汽车车身覆盖件中。但由于铝合金具有明显的各向异性特征,为了准确模拟铝合金板的成形过程,选择合适的屈服准则是关键。文章以汽车铝合金油箱的拉深成形为例,采用3种典型的各向异性屈服准则Hill48、Barlat89和YLD2000-2d对成形过程进行有限元模拟,结合实验验证,分析了不同屈服准则对有限元模拟结果精度的影响。结果表明,Hill48屈服准则的模拟结果与实验结果存在较大的差异,故不适用于铝合金板料成形的有限元模拟;Barlat89屈服准则的模拟结果与实验结果接近,但存在一定的偏差;YLD2000-2d屈服准则的模拟结果与实验结果吻合最好,数值模拟的精度最高。     

高温合金超薄带材屈服轨迹的晶粒尺度依赖性研究

为了研究高温合金超薄带材屈服轨迹的晶粒尺度依赖性,通过单向拉伸试验和不同加载比例的双向拉伸试验获得了不同厚度和晶粒尺寸的高温合金超薄带材的实验屈服轨迹。结果表明,随着高温合金带材晶粒尺寸的增大,屈服轨迹整体向内收缩,且形状由椭圆形向方形转变,证明了高温合金带材屈服轨迹存在晶粒尺度依赖性。同时,评估了4种典型宏观屈服准则Mises、Hill48、Barlat89和Yld2000-2d预测不同厚度与晶粒尺寸高温合金带材屈服轨迹的能力,发现Yld2000-2d屈服准则预测精度最高,可以较为精确地描述不同厚度与晶粒尺寸高温合金超薄带材的屈服行为。     

流动应力-应变关系对5754O铝合金板成形极限的影响(英文)

为了合理描述单向拉伸试验曲线,给出了一种修正的Swift型流动应力—应变关系。基于两种流动应力—应变关系,采用Yld2000-2d屈服准则计算5754O铝合金板的成形极限应变图(FLD-strain)。通过对比理论和实验结果,发现基于修正的Swift型的应力—应变关系所计算的FLD-strain能够合理地描述实验结果。虽然常用的Voce型应力—应变关系能够精确地描述均匀变形阶段的变形行为,但基于该应力—应变关系计算的FLD-strain明显低于实验结果。结果表明,板料的强化率越高则相应的成形极限也越高。为了描述板料在非均匀变形阶段的变形行为和成形极限,建议了一种用于确定合理的流动应力—应变关系的方法。     

DP钢板非线性滞弹性力学行为及对回弹预测的应用研究

研究了高强钢板在大塑性变形下滞弹性变形的力学行为及其对冲压回弹预测精度的影响。为了精确描述双相DP钢板的滞弹性变形和各向异性硬化行为,对先进的非线性弹塑性集成本构模型包括Yoshida-Uemori非线性弹性模型、Yld2000-2d各向异性屈服准则和各向异性硬化(HAH)模型等进行理论分析;结合数字图像相关法(DIC)技术,采用单向加载-卸载循环实验标定随着塑性应变的增加弹性模量的滞弹性衰减参数;通过典型三维板材成形案例,即非对称DP780 P型梁结构件采用实验验证分析滞弹性行为对回弹预测的影响。结果表明,采用考虑滞弹性衰减特性的本构模型,DP钢板冲压扭转回弹的预测精度得到明显提高。     

AZ31B镁合金板各向异性行为的实验和模拟研究

通过单向拉伸和双向拉伸实验研究了AZ31B镁合金板材在拉伸状态下的塑性变形行为,发现实验用镁板具有明显的各向异性特征,不同方向的屈服强度最大差值约为24 MPa,且材料的厚向异性系数均大于2.基于实验结果标定了Hill48和Yld2000-2d两种各向异性屈服函数,并选用组合型Swift-Voce准则描述了材料的硬化行...     

车用铝合金AA5182温热成形研究

基于M-K模型分别结合Hill48、Barlat89和YLD2000屈服准则,预测了AA5182铝合金在温热条件下的成形极限。在不同温度下进行AA5182铝合金的温热成形极限实验,获得了材料在不同温度下的成形极限实验数据。比较分析实验结果与预测结果,表明Barlat89屈服准则比其他两个屈服准则更适用于预测AA5182铝合金在温热条件下的成形极限。同时,分析了温度和应变速率敏感指数的变化对成形极限预测结果的影响。结果表明,材料成形极限会随着温度的升高或者应变速率敏感指数的增大而增加。应变速率敏感指数的变化对预测得到材料成形极限的形状也会产生影响。     

TA32钛合金马鞍形零件热冲压工艺数值模拟

建立了TA32钛合金本构模型,在模具上添加了不同的拉延筋,并对其进行了优化以消除皱纹。使用Barlat 89和Hill 48屈服准则来比较有限元模拟的预测精度。通过热冲压成形实验,测量了TA32钛合金马鞍形零件的厚度分布,并与模拟结果进行比较。结果表明;添加X轴和Y轴拉延筋可以有效消除皱纹,实现马鞍形零件精确成形,并且无任何缺陷。采用Barlat 89屈服准则的有限元模型比采用Hill 48屈服准则的模型具有更好的预测精度,该有限元模拟具有较好的理论预测意义。研究了成形后零件的力学性能和显微组织,各项性能均达到了实际工程需要。     

LY12铝合金板材本构模型的构建及验证应用

通过单向拉伸实验测定了LY12铝合金与轧制方向呈0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°方向的拉伸力学性能。基于拉伸实验所得数据,通过超静定方程组优化求解了Hill48与Barlat89各向异性屈服准则的未知参数,并对比了二者对材料屈服行为的预测精度。此外,使用修正的Voce硬化模型,准确地描述了LY12铝合金的宏观硬化行为。结合板材拉深实验,进行了有限元模拟,将实验结果与模拟结果的筒壁高度和壁厚分布进行对比分析,验证了所建模型的准确性。结果表明,Hill48屈服准则对LY12铝合金的各向异性行为预测更为准确,而修正的Voce硬化模型能够精确地描述LY12铝合金的硬化规律。     

屈服准则对DP600钢板各向异性行为的预测能力

采用Barlat89和Hill48屈服准则的两种参数求解方法,即应力各向异性数据求解法和变形各向异性数据求解法,分别推导与轧制方向成不同角度的单向拉伸加载下的屈服应力值和各向异性指数,并与NUMISHEET2014提供的DP600材料的实验数据进行比较。结果表明,在两种求解方法中,应力各向异性数据求解法在预测不同加载方向上的屈服应力时较为准确;变形各向异性数据求解法在预测不同加载方向上的塑性应变比时较为准确;Barlat89屈服准则对DP600材料各向异性的预测比Hill48屈服准则更准确。     

基于优化方法的复杂各向异性屈服函数参数标定

近年来,一些复杂的各向异性屈服函数被广泛地用来描述各种先进材料塑性成形过程中的屈服行为。这类复杂屈服函数需要标定的参数多,部分力学性能测试实验复杂且参数不易获取。基于单向拉伸实验数据,提出先通过优化方法标定简单各向异性屈服函数(Hill48或Barlat91),通过其理论预测出复杂屈服函数标定所需的力学性能参数,并代替真实实验值完成复杂屈服函数的标定。以常用的Yld2000-2d和BBC2005屈服函数为例,对比分析了不同标定方法对屈服函数预测不同取向时的厚向异性系数、屈服应力以及屈服面的影响规律。通过与不同材料常规标定方法的对比分析,验证了所提出方法的可行性。     

材料模型对高温Ti-6Al-4V合金理论成形极限图预测的影响（英文）

成形极限图是一种用来描述使板材不发生局部颈缩所需最大主应变的重要图形。它是一种预测板材变形过程中变形极限的方便、有效的工具。本研究中,在400°C和不同样品宽度的条件,通过Nakazima实验得到了Ti-6Al-4V合金的成形极限图。此外,为了使用成形极限图对材料参数进行理论预测,提出了不同的各向异性屈服准则(Barlat 1989,Barlat 1996,Hill 1993)和不同的硬化模型(Hollomon幂定律、Johnson-Cook(JC)模型、改进的Zerilli-Armstrong(m-ZA)和Arrhenius(m-Arr)模型)。结合所提出的屈服准则和本构模型,通过Marciniak和Kuczynski(M-K)理论确定了Ti-6Al-4V合金的成形极限图。结果表明:屈服模型对材料成形极限图的影响大于本构模型的影响。然而,材料的厚度缺陷系数(f_0)与其硬化模型密切相关。Hill(1993)屈服准则最适合于成形极限图右边区域的预测,而Barlat(1989)屈服准最适合于成形极限图左边区域的预测。由于所得到的混合理论成形极限图兼具Barlat(1989)和Hill(1993)屈服模型和m-Arr硬化模型的优点,因此,它与实验得到的成形极限图吻合很好。     

一种板料拉深性能的快捷解析预测方法

破裂是板料拉深成形的典型缺陷,板料在变形过程中,可以根据其厚度变化预测破裂,即厚度减薄到一定程度时即视为其破裂.本文以筒形件为例,基于Hill48屈服准则,推导出板料拉深变形的厚度计算公式,进而得出拉深后的最小厚度.比较了解析解与Dynaform数值模拟结果.算例表明:解析方法在预测板料拉深性能时有一定的应用价值.     

TA1球面件拉深成形的各向异性效应

基于Hill 48屈服准则,在ABAQUS/Explicit平台上建立了考虑TA1板材各向异性的球面件拉深成形三维有限元模型,模拟研究材料厚向异性和面内异性对其厚度和等效塑性应变分布的影响规律,并与基于各向同性屈服准则的模拟结果和试验结果进行了对比。结果表明,TA1板材的r值越大,拉深胀形区的厚度分布越均匀,最小厚度发生的位置高度越低;拉深件最大厚度变薄率越小,但拉深区加工硬化显著;与各向同性准则相比,该模型获得了与试验更吻合的结果,准确的描述了TA1球面件拉深过程中的各向异性效应。     

车用铝合金板材回弹规律研究

在车用铝合金材料的成形加工过程中,回弹是主要的成形缺陷之一并且较难控制。本文对车用6061铝合金板材进行了室温拉伸试验获得其应力-应变曲线并建立改进的Johnson-Cook本构模型。该模型被应用于V形弯曲试验的有限元仿真中,研究不同各向异性屈服准则对板料回弹预测精度的影响,仿真结果表明应用YLD2000-2d屈服准则时其预测精度较高,同时也验证了该模型用于回弹分析的有效性。进一步探究不同因素如变形程度,冲压速度,摩擦条件,压边力等对铝合金板材回弹行为的影响规律,并应用于铝合金发罩内板的冲压成形过程,能够有效减小工件的回弹。     

筒形件拉深起皱临界厚度的计算

通过对筒形件拉深时法兰变形区应力应变分析,利用线性化的Hill厚向异性屈服准则及各向异性理论,推导出筒形件拉深起皱的临界厚度的计算公式,并讨论不同性能参数条件下拉深系数与临界厚度之间关系。     

基于应变和应力的1060铝合金板成形极限比较分析(英文)

通过线性和非线性应变路径的板料成形实验,研究1060铝合金的成形极限图(FLD)和成形应力极限图(FLSD)。利用Stoughton方法,基于板料成形实验中测得的应变数据,计算得到了FLSD。结果表明:对于1060铝合金板料,FLD与应变路径是相关的,而FLSD对应变路径却不敏感,所以FLSD可以很方便地作为多道次板料成形的极限准则。通过对比Hill’s48,Hill’s79和Hosford非二次式3种材料屈服准则,分析了它们从FLD到FLSD转换对应力计算的影响,Hosford非二次式屈服准则更适合1060铝合金的FLSD计算。通过与单向拉伸实验数据的比较,材料硬化准则中Voce硬化准则比Swift准则更适合该材料。在MATLAB上开发了由应变到应力的计算以及FLD和FLSD显示的程序,通过输入实验中测得的应变数据可以得出FLD和FLSD。     

各向异性屈服准则对铝合金板成形预测精度的影响

基于板料成形过程的数值模拟 ,研究了不同的各向异性屈服准则 (Hill194 8,BarlatYLD89,BarlatYLD91和BarlatYLD96 )对铝合金板成形过程的影响 ,模拟结果和实验结果进行比较 ,结果表明 ,采用屈服准则 (YLD96 )模拟结果和实验吻合较好 ,而Hill屈服准则的模拟结果和实验差别较大 ,故不适宜用于铝合金板的成形模拟。采用不同屈服准则模拟的应变分布有所不同 ,采用YLD89,YLD91和YLD 96屈服准则预测的起皱和断裂的趋势比Hill屈服准则预测的要高。     

镁合金板材热态下成形极限预测研究

采用M-K模型,结合由Graf和Hosford提出的迭代计算方法,对AZ31镁合金板材热态下成形极限图的右半部分进行了理论预测。理论计算分别使用了Von Mises各向同性屈服准则和Hill48二次型各向异性屈服准则,同时引入了Backoften本构方程。讨论了基于Hill48屈服准则进行理论计算时,材料厚向异性指数R对预测成形极限图的影响。根据预测结果,在其它材料参数不变时,R值的增大会使板料的成形极限降低。将预测成形极限图与试验数据进行对比,结果表明,相比Hill48屈服准则,Von Mises屈服准则能更准确应用于对镁合金成形极限图右半部分的理论预测。