金属塑性成形过程延性断裂的准则及其数值模拟

介绍了一些对金属延性断裂进行判断的准则,包括基于试验的经验性准则以及连续损伤力学方法建立的准则.在金属塑性成形的大变形有限元分析过程中,将会对断裂裂纹的生成及扩展进行模拟,介绍使用单元删除、单元分裂以及单元分离技术来处理出现裂纹后的工件网格,就齿圈压板精密冲裁、切削加工中切屑成形以及冷挤压等复杂工艺过程的断裂现象进行了模拟研究.     

疲劳对金属塑性变形及延性断裂过程的影响

通过慢速拉伸曲线,研究金属的塑性变形过程和延性过程中细微的变化,以及疲劳对它们的影响。在对金属材料做静拉伸试验时,在一般速率拉伸和在慢速拉伸下,所得到的拉伸曲线的表现是不同的。比较了拉伸速率10mm/min和0.2mm/min的拉伸曲线,在弹性变形范围内,2种速率下的曲线基本上是一样的;在塑性变形阶段,慢速拉伸曲线将随着载荷的增加,曲线逐渐变粗,当通过最大载荷点1段后,曲线变到最粗,然后变成1条线;在断裂阶段,曲线出现间断卸载的叉枝,直到断裂。     

动力蓄电池包挤压失效仿真与实验

为提高动力蓄电池包挤压仿真的精度,将延性损伤准则引入到有限元仿真,通过单轴拉伸试验、纯剪切试验与缺口件拉伸试验与有限元仿真,获得了某动力蓄电池包结构所用材料6061-T6铝合金的延性损伤参数。型材三点弯曲试验、动力蓄电池包挤压试验与有限元仿真的结果表明:输入延性损伤参数的有限元仿真结果与试验结果误差小,能较为准确地模拟铝合金损伤对结构承载性能的影响;不考虑材料失效的结果与试验结果误差较大。     

基于不同断裂准则的6061-T651铝合金板抗冲击性能数值仿真研究

利用ABAQUS/Explicit软件建立了弹体冲击靶板的有限元模型,并采用不同的断裂准则进行数值仿真计算。通过分析铝合金板冲击失效单元的应力状态,揭示不同头部形状弹体冲击下铝合金板的失效机理,以及断裂准则对数值仿真结果的影响规律。研究结果表明,相比MJC断裂准则,WMJC断裂准则由于考虑了Lode角的影响,预测的结果与试验更吻合。随着弹体头部曲率半径比的增大,靶板失效单元中拉伸断裂的占比逐渐增多,从而导致Lode角对数值仿真预测出的弹道极限的影响逐渐减小。此外,在不同头部形状的弹体冲击下,断裂准则对靶板失效模式的影响机制存在区别。     

锯齿形切屑断裂准则的有限元仿真研究

为了探索材料断裂准则模型对钛合金有限元切削仿真的影响,运用DEFORM-2D切削模块模拟TC4锯齿形切屑的形成过程。分别选取四组不同的断裂准则参数导入断裂准则模型后进行有限元仿真,并将切屑仿真结果与实验中同等切削条件下获得的金相切屑标本的SEM微观几何形貌进行量化比较,分析结果表明当断裂准则参数取时仿真结果与实验结果相对误差最小,从而获得适合锯齿形切屑切削仿真的断裂准则理论参数,为难加工材料的切削仿真提供了理论参考。     

GTN损伤模型对C-Mn钢缺口拉伸试样延性断裂的预测

用GTN(Gurson, Tvergaard, Needleman)损伤模型对不同缺口根半径的C-Mn钢缺口圆棒拉伸试样的延性断裂进行有限元模拟预测.结果表明, 当缺口根半径R≤2 mm时,GTN模型对缺口拉伸时的最大载荷Pm、起裂载荷Pi、断裂载荷Pf和断裂功E的预测值与实验值较为接近.而当R＞2 mm后,预测值与实验值的偏差变大.其原因在于GTN模型是基于微孔洞长大和聚合的延性断裂机理而建立,对于根半径较小,促使孔洞长大的三向应力度较高的缺口试样较为适用.GTN模型预测的三个特征载荷,尤其是表征韧性的断裂功E的值总体上高于实验测定值,并且其预测的延性起裂位置在R≥1 mm时也与实验观察不一致.其原因是GTN模型未考虑实际材料组织中具体的夹杂物/孔洞的尺寸、形态、分布和方位对损伤演化和断裂过程的影响.     

基于延性耗竭模型的边缘型穿透多裂纹干涉与合并分析

基于延性耗竭理论并结合有限元技术,建立延性损伤分析方法,预测了含两个边缘穿透裂纹平板试样的最大载荷及裂纹合并情况,并将预测结果与试验数据进行对比.结果表明,断裂应变轨迹关系和几何模型应力状态假设对预测结果具有显著影响.当采用非单调断裂应变轨迹关系和三维几何模型进行模拟时,预测的最大载荷及裂纹合并情况与试验结果吻合最好....     

6061-T651铝合金动态力学性能及断裂准则修正

为研究应力三轴度、Lode角、温度和应变率对6061-T651铝合金材料断裂特性的影响,利用万能材料试验机,分别进行不同应力状态、温度和应变率下的材料力学性能测试试验。首先,通过测试试验发现,6061-T651铝合金材料的断裂应变随应力三轴度的增加而减小,并且在低应力三轴度范围内,Lode角对材料断裂应变影响十分明显。当材料温度低于250℃时,温度对材料流动应力有显著影响,断裂应变基本不受温度影响;当材料温度高于250℃时,温度对材料的流动应力和断裂应变都具有显著影响。此外,应变率对6061-T651铝合金材料的断裂应变无显著影响。其次,基于力学性能试验结果,修正Johnson-Cook(J-C)断裂准则得到ModifiedJohnson-Cook(MJC)准则,标定MJC和Modified Mohr-Coulomb(MMC)断裂准则的各项参数。最后,采用一级气炮进行球形弹体撞击6061-T651铝合金板试验,得到靶板的弹道极限速度和失效模式。采用ABAQUS/Explicit有限元软件建立相应的弹体撞击靶板三维模型,进行数值模拟计算。通过对比试验与数值模拟结果,验证模型及其参数的有效性。相对于Lode角无关的MJC断裂准则,Lode角相关的MMC断裂准预测结果更接近于试验。     

Hashin准则的应力应变形式在复合材料渐进损伤计算中的对比

Hashin准则在复合材料渐进损伤分析中得到广泛应用,它的原始形式用应力表达,而在渐进损伤实际计算中用到了应变形式。推导了这两种形式下渐进损伤计算中需要的复合材料非线性本构关系及对应的切线刚度矩阵,对比分析了它们之间的不等价性。将这两种Hashin准则形式与不同损伤演化模型相结合,应用于开孔板的渐进损伤数值模拟,并与试验数据相对比。将Linde损伤演化模型分别与Hashin准则变形式和应力形式组合,前者的计算结果与试验值符合更好;将Sleight损伤演化模型与Hashin准则应力形式相结合,选取不同的衰减控制参数进行数值模拟,控制参数取0.8时比取其他值与试验结果符合更好。理论推导和数值模拟结果对复合材料渐进损伤实际应用中合理选取损伤准则形式和损伤演化模型有指导意义。     

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.