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。     

金属板料单点渐进成形极限的数值模拟预测

渐进成形(Single point incremental forming, SPIF)有着较高的成形极限,但目前对其成形极限预测研究较少.基于数值模拟得到的应力应变数据,并结合四组具体的破裂试验,应用Oyane韧性破裂准则有效地预测了厚1.5 mm的LY12(M)硬质铝板的渐进成形极限;在Oyane韧性破裂准则中,当破裂积分值I=4时,预测的工件破裂起始点及成形极限图都与试验结果较为吻合.渐进成形极限远远高于传统成形方式,其"局部、交替、小增量"的变形特点,使小变形不断积累以获得大变形,"强制性"地实现变形的均匀分布,从而获得较高的成形极限.具体体现在成形过程中,应力路径跌宕起伏,应力三轴度(σh/(-σ))较小,不利于材料韧性破裂;局部高压力小增量叠加成形、摩擦热及良好的润滑条件保障了渐进成形件较高的塑性.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

韧性断裂准则的试验与理论研究

对不同样式的45钢和6082铝合金试件进行了拉伸、压缩、剪切、扭转等材料试验，对工程中使用的11个韧性断裂准则进行对比研究，并利用专业塑性成形分析软件对试验过程进行二维和三维情形的数值模拟。指出目前使用的韧性断裂准则都不可能对材料在任意应力应变状态和变形累积的情况下给出一个固定阈值，并给出了基于等效应变和应力三轴度的韧性断裂准则修正公式，通过厚板普通冲裁和精密冲裁试验证明了结论的有效性。     

基于Lou-2013韧性断裂准则5182铝板成形极限研究

以Lou-2013韧性断裂准则为理论基础研究5182铝合金板材的韧性断裂力学性能,设计圆孔试件、平面应变试件和平面剪切试件的拉伸试验来获取准则中的材料参数。通过该准则确定"断裂应变?应力三轴度"曲线,为ABAQUS软件中的韧性损伤材料模型提供损伤判据,构建5182铝合金板材的韧性损伤仿真模型。利用此模型对上述三个试件的拉伸过程,以及半球形凸模胀形试验过程进行有限元仿真,并通过数据分析绘制基础拉伸试验与半球形凸模胀形仿真相结合的5182铝合金板材成形极限图。试验与仿真表明,所建立的有限元材料模型能够准确地再现三种试件的力程曲线和断裂特征;通过基础拉伸试验与半球形凸模胀形仿真相结合求解出的成形极限图包含两条曲线:损伤成形极限曲线(Damageforminglimitcurve,Damage FLC)和断裂成形极限曲线(Fracture FLC)。与成形极限试验数据对比表明,采用Damage FLC判定板材破裂失稳偏于安全,为实测成形极限数值的下限,而采用Fracture FLC判定则偏于危险。     

不同应力状态下的高强钢板断裂机理及预测

板料成形过程的宏观断裂行为依赖于其微观断裂机理,因此成形过程模拟中的断裂准则的准确选择对于断裂预测具有重要意义。以高强钢TRIP780板料为研究对象,设计从剪切到拉伸应力状态的五种断裂试验,结合宏观拉伸试验和扫描电子显微镜（Scanning electron microscope,SEM）分析研究不同应力状态下TRIP780板料的断裂机理,得到不同应力状态下正应力和切应力与断裂机理的关联关系,引入正应力与切应力的影响构建MMC断裂准则,应用于板料压剪应力区间的断裂行为预测。结果表明,反映断裂机理的MMC准则能适用于板料压剪和拉剪变形应力状态下断裂失效的准确预测。     

GCr15轴承钢剪切分析韧性断裂准则的适用性研究

运用DEFORM有限元软件,采用试验与有限元模拟相结合的方法,对DEFORM内嵌的几个断裂准则在GCr15轴承钢板料剪切成形中的适用性进行了研究分析,发现所研究的8个准则均不能直接用于准确预测GCr15轴承钢板料剪切断面的光亮带高度。为此,提出了一种修正阀值、分段拟合的模拟方法,使所研究的断裂准则在阀值修正之后能够较为准确地预测GCr15剪切断面光亮带的实际高度。     

基于最大二阶主应变和Savitzky-Golay平滑原理对热轧酸洗板成形极限的数值模拟

通过ABAQUS有限元软件对热轧酸洗板的半球形凸模胀形试验进行数值模拟,分析了热轧酸洗板在成形过程中发生全局颈缩的位置,采用Savitzky-Golay平滑原理对主应变一阶、二阶导数进行拟合得到二阶主应变随时间的变化曲线,基于最大二阶主应变准则预测了热轧酸洗板的成形应变极限,并与试验结果进行对比。结果表明:基于有限元模拟和数据拟合得到的成形极限略低于试验测试值,主应变的最大误差为2.2%,模拟结果与试验结果吻合较好,此数值模拟方法可用于热轧酸洗板的成形极限预测。     

铝板数控单点渐进成形的成形极限曲线研究

对薄壁复杂构件进行数控单点渐进成形时,板料易发生破裂、起皱等缺陷,且材料变形机制演化复杂,对加载条件极为敏感,使得板料在数控单点渐进成形时的破裂预测和控制变得极难。为此,选取1060铝板作为研究材料,通过试验研究了数控单点渐进成形技术中板料的成形性能,以实现对破裂的预测和控制。利用拓印法将制件的空间变形问题转化为平面变形问题,采用数码显微镜对拓印的制件网格数据进行测量和提取,选用插值法和多项式拟合法对数据进行拟合处理,最终得到了1060铝板料在数控单点渐进成形技术下的成形极限曲线（FLC）。通过对FLC进行分析研究,得到了制件破裂区和安全区域的应变分布,实现了制件破裂的预测和控制。为进一步提高1060铝板的成形极限,将超声振动引入到单点渐进成形中,通过试验对比研究了超声振动辅助渐进成形的FLC和传统渐进成形的FLC,试验结果表明：当振动功率为120 W、振动频率为25 kHz时,1060铝板料的成形极限提高了11%。     

基于成形应力极限的管材液压成形缺陷预测

基于塑性应力应变关系及Hill79屈服准则,推导出极限应力与极限应变间转化关系,进而建立2008T4铝合金的成形应力极限图(Forming limit stress diagram,FLSD)。采用LS-DYNA软件对三通管液压胀形过程进行模拟,应用FLSD预测胀形过程中破裂的发生及成形压力极限,并与传统成形极限图(Forming limit diagram,FLD)结果进行了对比。研究表明,FLD与FLSD预测结果中破裂缺陷位置相同,但极限内压力值存在很大差别,而FLSD预测结果与物理试验结果较吻合。考虑到FLD受应变路径影响显著的因素,将FLSD作为管材液压成形等复杂应变路径下的成形极限的判据更加方便可靠。     

基于不同失稳理论的DP780双相钢成形极限预测

采用板材综合成形试验机对DP780双相钢进行极限应变试验,分别基于C-H失稳理论和M-K凹槽失稳理论搭载Yld2000屈服准则和幂指数硬化模型对DP780双相钢成形极限曲线进行预测,并与试验结果进行对比。结果表明：基于M-K凹槽失稳理论和C-H失稳理论获得的成形极限曲线对成形极限的预测精度分别为97.97%和95.82%;初始厚度不均匀度越大,钢板表面越光滑,越有利于成形;当初始厚度不均匀度为0.992时,M-K凹槽失稳理论对DP780双相钢成形极限的预测精度最高,相对误差为0.66%,在实际冲压生产中,当初始厚度不均匀度取0.992时,该理论模型可作为获取DP780双相钢成形极限曲线的一种可靠方法。     

AM60镁合金Johnson-Cook本构方程的修正及冲压有限元模拟

利用Gleeble-3500型热模拟机对AM60镁合金板进行热拉伸试验，研究了镁合金在变形温度200～350℃、应变速率0.01～0.1 s^-1下的热变形行为；对Johnson-Cook方程应变硬化部分进行修正并考虑应变速率和变形温度的耦合效应，基于热拉伸试验数据建立了修正Johnson-Cook本构方程，利用该方程进行冲压有限元模拟，并进行了试验验证。结果表明：AM60镁合金的流变应力与应变速率呈正相关，与变形温度呈负相关；采用修正Johnson-Cook本构模型预测得到AM60镁合金冲压真应力-真应变曲线与试验结果吻合较好，最大相对误差为18.28%,相比于未修正模型降低了57.61%;模拟得到200～350℃下冲压成形的筒形件成形良好，无表面缺陷，与试验结果一致。     

基于Oyane韧性断裂准则的凹陷管道损伤程度研究

管道凹陷的深度对于X60管线钢安全性有不同程度的影响,采用Oyane韧性断裂准则与数值模拟相结合的方法对凹陷管道损伤程度进行研究。通过有限元软件建立了三维球形凹陷缺陷管道模型并求解模型,探讨了管道内压以及压头尺寸对凹陷深度与油气管道损伤程度之间关系的影响规律。研究结果表明:管道凹陷深度在一定的范围内,内压对管道抵抗韧性破裂是有利的。当凹陷深度超过100 mm时,内压会使管道损伤程度明显增大。在壁厚与管径比值、管道内压不变的情况下,压头尺寸越小损伤程度随凹陷深度增加越严重。而在一定条件下,当管道凹陷深度超过标准规定的7%管径时,管道损伤程度仍然满足积分值I1。基于凹陷深度评价标准存在局限性,所以Oyane韧性断裂准则可应用于工程上管道凹陷的评价。     

屈服准则和硬化模型对DC56D+Z钢汽车后背门内板成形仿真精度的影响

以DC56D+Z超深冲钢为研究对象,基于Ludwik、Swift和Hockett-Sherby硬化模型开展材料性能参数解析,确定能够精确表征其力学行为的硬化模型;利用最佳硬化模型,分别搭载Hill'48、Barlat'89和BBC-2005屈服准则对DC56D+Z钢汽车后背门内板进行冲压成形仿真,获得了材料流动量、最大主应变和最大减薄率等数据,并通过与试验结果的对比分析了不同屈服准则对仿真精度的影响.结果表明:Hockett-Sherby硬化模型对DC56D+Z钢力学行为的描述精度最高,拟合相关系数的平方为0.9979;基于Hockett-Sherby硬化模型并搭载BBC-2005屈服准则的仿真模型对材料流动量、最大主应变和最大减薄率的预测精度最高,最大相对误差分别为4.9％,5.6％,10.1％,更适用于DC56D+Z钢板的冲压成形仿真.     

铜/铝复层板成形极限视觉测量方法及成形性能

基于数字图像相关法（DIC）与双目视觉技术,提出并实现了一种用于爆炸焊接制备的铜/铝复层板成形极限应变的视觉测量方法,利用有限元模拟结果对该方法进行验证。根据DIC方法获得的板料成形极限应变,分析热处理工艺及接触状态对铜/铝复层板成形极限的影响,使用扫描电子显微镜对界面与断口形貌进行观察分析。结果表明：DIC方法测得的铜/铝复层板失稳破裂时的最大主应变与有限元模拟结果的相对误差为0.1%,且应变值分布与有限元模拟吻合也较好;铝在内层时复层板成形极限大于铜在内层时的成形极限;经过退火处理的铜/铝复层板成形性能优于未退火时的性能;铜/铝复层板发生失稳断裂时,界面产生脱离。     

旋压成形带内筋筒形件的工艺研究及数值模拟

针对旋压成形带内筋筒形件的工艺进行试验研究和数值模拟.依据实际试件的尺寸及成形情况对边界、接触、摩擦以及空间运动等条件进行确定.建立三维有限元数学模型,分析在不同壁厚减薄率和旋轮进给率等工艺参数下内筋的成形情况和应力、应变及旋压力的变化规律.对试件在成形试验时出现的表面剥离、裂纹等缺陷进行预测和初步分析,可提高工作效率并降低研发成本,为进一步深入研究带内筋筒形件旋压工艺的成形机理和变形特点打下了良好基础,为优化工艺参数提供了有效方法和可靠依据.