DP600高强钢板冲压成形性能数字图像相关实验研究

联合数字图像相关方法和不同宽度试样的杯突实验研究了DP600高强度钢的成形性能。基于试样冲压成形过程中的全场应变分布、冲压至破裂所用时间和极限应变随试样宽度的变化、经过和远离裂纹的截线长度变化等数据结果,分析了DP600钢冲压变形过程中的应变分布、演化规律,及其与试样缩颈和破裂之间的关联。结果表明:加载应变路径影响DP600钢的成形性能;DP600钢在冲压至破坏过程中先后经历了均匀变形、分散性失稳和集中性失稳过程。本研究为DP600高强度钢的冲压加工设计和应用提供了理论依据。     

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.     

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。     

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。     

基于有限元仿真的左半边成形极限图建立方法

有限元仿真中,凸模与板料接触力出现峰值的时刻,板料上变薄量最大单元的邻近单元应变即是材料的缩颈极限应变,通过改变试件形状及尺寸就可以得到在不同应变状态下的缩颈极限应变。把这些极限应变点在二维应变空间里连成曲线,即为用有限元仿真方法得到的材料成形极限图(forruing limits diagram,简称为FLD)。用该方法得到的FLD与按照GB／T 15825．8—1995金属薄板成形性能与试验方法：成形极限图(FLD)试验利用半球形凸模拉伸试件测得的材料FLD符合程度良好。     

基于等效模型矿用车零件加工性能优化分析

利用网格应变测量系统,对典型深拉延类零件车门内板成形破裂风险区域的应变状态进行分析;基于AutoForm建立车门内板拉延工序模型,分析不同应变破裂极限类型下,材料的主要性能参数与零件成形安全裕度的关系;根据性能参数与安全域度的对应关系,基于Matlab建立不同屈服强度下性能参数的双响应面选材模型;利用危险点应变状态及应变大小相同,则其经历的极限变形能力相同的原理,提出简单有效地等效选材模型;结合实际车门内板冲压开裂及材料性能优化,对选材模型进行验证。结果可知：车门内板成形破裂风险区域应变属于平面应变;厚向异性指数r值对平面应变类成形安全域度影响要大于硬化指数n值,危险点属于平面应变的应着重考虑提高r值;通过优化材料性能,车门内板原开裂区域减薄率小于23%,安全裕度高于10%,解决了车门内板开裂的问题;实际冲压结果表明等效模型的可靠性。     

先进高强双相钢DP780温度相关应力-应变关系

为了研究先进高强度双相钢DP780的温热成形力学行为,通过不同温度(300℃、400℃、500℃、600℃)及不同应变率(10^-4～10^-3 s^-1)下的单向温拉伸试验获得了先进高强度双相钢DP780在相应条件下的基本力学性能指标和应力-应变曲线,并对试验结果进行了分析;为描述温热成形DP780板料应力-应变曲线,求解、修正了Grosman本构模型的相关参数;以单向拉伸试样为例,基于Fortran语言通过编写Abaqus-Vumat子程序进行了数值模拟验证。结果表明,所用Grosman模型预测值与试验数值拟合较好,验证了所求模型的有效性。     

应变速率对零件加工过程材料性能影响分析

汽车零件加工过程并非绝对的静态过程，而是在较低变形速率的加工过程，应变速率对整个过程中性能变化具有重要影响。针对汽车零件常用的低合金高强钢HC340LA材料成形过程中应变速率对性能影响进行分析，同时模拟零件成形时不同的冲压速率，选取HC340LA进行8个准静态低应变速率拉伸性能测试，获取不同应变速率下材料的力学性能变化和加工硬化变化，同时基于Johnson-Cook模型获取材料的应变速率敏感性因数；将应变速率的影响嵌入到有限元仿真分析模型中，获取材料的成形极限FLD图，并与试验结果和经验公式结果进行对比。结果可知：应变速率对材料的强度和塑形都有影响，随着应变速率增大先降低后增大；应变速率对屈强比和平均n值影响很小几乎可以忽略；材料应变速率敏感性参数C值为0.017，应变速率敏感性较大；在准静态的应变速率范围内，应变速率对HC340LA的加工硬化影响能力较弱；嵌入应变率影响因素后，有限元结果与试验结果一致性较好，应变特征点误差小于3%；经验公式与试验结果在胀形变形区差别较大，应变特征点误差较大。为指导实际设计生产提供参考依据。     

直缝激光焊管液压成形极限图试验研究

在管件液压成形中,准确地评价管材缩颈或破裂现象是工程上备受关注的问题。成形极限图作为评价成形性能的一种有效手段,得到广泛应用。基于椭圆胀形试验方法,通过改变椭圆比大小实现拉-拉应变区管材极限应变的测量。联合已有的自由胀形试验和椭圆胀形试验,实现管材液压成形极限试验评价。采用镶嵌式模具结构设计,建立一种柔性化的管材液压成形极限试验装置,完成多种规格激光焊管的液压成形极限试验。激光焊管成形极限试验结果表明,所建立的成形极限试验方法是可行的;同种牌号的激光焊管,厚度和直径不仅影响着平面应变点的成形极限,而且也影响着成形极限曲线的形状;由于受起皱失稳的影响,直径厚度比越小的管材,拉-压应变区的极限应变比值也越小。     

高温条件下DP780的成形性能仿真研究

以DP780钢为研究对象,利用MT5105试验机在400～600℃温度区间内进行单向热拉伸实验。基于Norton-Hoff模型建立了表征DP780在高温条件下流变特性的塑性本构方程,并采用热力耦合方法,利用ABAQUS软件进行了U形件的冲压仿真分析研究。结果表明:在高温条件下,双相钢的流变应力明显降低,塑性增强,并且随温度升高,最小厚度值越来越小,回弹量角度越来越小,凸模力变化越明显;在冲压过程中,受变形热及摩擦热的影响,板料的温度并非持续降低;综合考虑多方因素影响,得出500℃为DP780较为合适的成形温度。     

数值模拟中应用最小厚度准则预测板料成形极限

在数值模拟中应用最小厚度作为成形极限判据,研究最小厚度值与应变路径的关系。如果对从单向拉伸到双向等拉之间的各种近似线性应变路径均应用相同最小厚度值作为判据,那么得到的极限应变点呈近似线性分布。对实验数据点与计算点的相对位置关系进行分析,发现两者之间的比值存在着近似指数函数的关系。对拉-压区和拉-拉区分别采用两段指数函数对最小厚度值进行修正,使其成为与应变路径相关的变量。采用修正后的最小厚度准则作为数值模拟中极限应变的判据,对ST14钢等三种材料成形极限的预测取得了较好的结果。     

CR1500HF热成形钢U形件不同位置的高速拉伸性能及其有限元模拟

在CR1500HF热成形钢U形件不同位置取样,进行应变速率在1～500 s-1的拉伸试验,研究了不同位置拉伸性能的差异和应变速率对热压成形件拉伸性能的影响;建立材料拉伸有限元模型,模拟分析了该钢的高速拉伸性能和拉伸试样加持端应力分布.结果表明:该热压成形U形件侧壁位置的抗拉强度和屈服强度低于法兰和底部位置,在进行碰撞分析时需考虑部分位置因冷却不足强度降低的影响;随着应变速率的增加,U形件不同位置的屈服强度和抗拉强度均增大;由拉伸有限元模型模拟得到的真应力-真塑性应变曲线与combined S-H本构模型拟合得到的曲线吻合较好,应变速率1,500 s-1下真应力均方根误差分别为19.98,39.48 MPa;高速拉伸过程中拉伸试样夹持端大部分处于弹性变形阶段,应变片粘贴位置距试样圆弧处的距离应大于19 mm.     

材料参数对汽车覆盖件冲压成形性能影响的数值模拟

使用基于动力显示算法的板料成形非线性有限元分析软件eta/DYANFORM对一个典型的汽车覆盖件零件冲压成形过程进行了数值模拟,从大量的计算结果中,研究三个重要的材料力学性能参数即屈服强度σs、应变强化指数n和厚向异性系数r对最终零件冲压成形性能的影响。在分析软件的后处理器中观察板料的厚度变化、总拉深力、板料的最大变形位移和沿冲压方向的最大应力,并作出了相应的曲线,最后根据所作曲线的变化得到了材料性能参数影响板料冲压成形性能的有关结论。     

预应变对16MnR钢COD及其降低系数的影响

以16MnR钢的单向拉伸曲线为依据。对三点弯试件采用随动强化模型进行弹塑性有限元分析。结果表明,预应变对16MnR钢的断裂韧性指标COD值具有显著的影响;COD降低系数随预应变的增大而减小。     

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。     

板料成形极限预测新判据

从控制塑性变形能的角度出发,基于总塑性功的积分形式,建立板料的成形极限预测判据.这种板料成形极限预测判据考虑应变路径变化、材料的硬化指数、各向异性系数及材料的初始厚度等对成形极限的影响.判据中的参数可由常用的单向拉伸极限应变试验确定.由此通过数值模拟可以预测板料在各种不同应变路径下的成形极限,适用于成形极限图的拉-压和拉-拉应变区,从而建立完整的成形极限曲线,可大大减少试验工作量.试验验证表明,这种成形极限预测判据对于钢板和铝合金板的成形极限可做出较为准确的预测.实现了只进行单拉试验即可预测板料在不同应变路径下的成形极限.     

考虑变形热和摩擦热效应的热力耦合冲压研究

以DP780材料为研究对象,在20~140 ℃温度区间、0.001~0.1 s-1应变速率区间内进行恒温拉伸试验,分析了真实应力-应变变化趋势,建立了基于Norton-Hoff模型的材料本构方程,该本构方程能够较好地表征DP780在冷成形过程中与温度相关的塑性本构关系。结合Norton-Hoff本构模型,以及与温度、压力相关的摩擦模型,采用理论研究与数值模拟结合的方式,研究DP780钢板变形热和摩擦热的自发热产生机理和宏观特征。根据完全热力耦合数值模拟理论,考虑将温度场和应力场、应变场等进行耦合分析,提出一种考虑变形热和摩擦热效应的冲压成形研究方法。通过U形件冲压试制试验,得到DP780钢板冷成形条件下的试验回弹结果。对比传统冷冲压模拟结果和考虑自发热效应研究方法下的模拟结果发现,考虑自发热效应的冲压成形模型在模拟侧壁时准确性提高了10.1%,在模拟法兰时准确性提高了23.2%。     

电沉积镍涂层的冲压成形极限右边分析与预测

基于材料实际应力应变曲线,运用多项式拟合法计算了涂层薄板的成形极限。对冲压过程中涂层薄板的等效应力和等效应变进行了推导,通过求解Swift分散颈缩失稳条件的非线性方程得到了冲压成形极限的第一主应变,获得了涂层薄板的成形极限右边曲线。计算发现,涂层厚度、基体厚向异性指数对涂层薄板的成形极限有显著影响,镍涂层的成形性能低于钢基体的成形性能,并且基于实际应力应变曲线的涂层薄板的成形极限低于传统方法计算的成形极限。     

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。     

汽车用高强度钢板的动态变形行为

对DP590钢板和CR340LA钢板在应变速率为0.003s-1(准静态)和20~700s-1(动态)下进行了室温拉伸试验,研究了试验钢板的动态拉伸变形行为、应变速率敏感性和动态断裂行为。结果表明:两种试验钢板的动态真应力-真应变曲线均无屈服平台,屈服后真应力随真应变的增加先快速增大后缓慢增大;应变速率对屈服强度的影响略高于对抗拉强度的影响,并且DP590钢板的应变速率敏感性和硬化指数均高于CR340LA钢板的;两种试验钢板的均匀伸长率均随应变速率的增加而降低;随应变速率的增加,DP590钢板中的位错密度增加,当应变速率不小于200s-1时出现位错胞;DP590钢板在准静态拉伸时发生明显颈缩,而动态拉伸时未发生颈缩,且随应变速率的增加,拉伸断口上的C形韧窝数量减少,等轴状韧窝数量增加。