基于連續(xù)損傷力學(xué)的金屬板材成形極限研究.pdf

1、薄板成形是眾多金屬加工工藝中一類非常重要的加工方式。近年來，隨著越來越多新型材料的投入應(yīng)用，對(duì)這些材料的成形性能進(jìn)行詳細(xì)研究具有重要意義。本文以此為背景，利用實(shí)驗(yàn)研究和理論建模分析相結(jié)合的方法，對(duì)板料成形極限及其損傷過程進(jìn)行了研究。建立了各向異性塑性的損傷模型，對(duì)損傷和極限應(yīng)變分別進(jìn)行了預(yù)測，并和實(shí)驗(yàn)結(jié)果作了比較分析。 首先，介紹了經(jīng)典塑性理論，和幾種常用的各向異性塑性屈服函數(shù)。并建立了各向異性的塑性本構(gòu)模型。并將各向異性塑性理

2、論和各向同性流動(dòng)理論進(jìn)行了比較。其次，對(duì)連續(xù)損傷力學(xué)的基本概念和理論進(jìn)行了綜合闡述。同時(shí)對(duì)Lemaitre損傷模型和基于熱力學(xué)理論框架的一般損傷理論這兩者進(jìn)行了公式推導(dǎo)和綜合的比較與分析。 論文的實(shí)驗(yàn)部分，先闡述了成形極限圖的實(shí)驗(yàn)測定原理和方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)——應(yīng)變測量進(jìn)行詳細(xì)介紹，包括網(wǎng)格測量分析方法及網(wǎng)格印制技術(shù)。然后以板材密度的變化作為損傷變量，針對(duì)近年來工業(yè)生產(chǎn)中常用的新型沖壓材料IF鋼板，開展了損傷實(shí)驗(yàn)研究。根據(jù)

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出了單向拉伸和脹形兩種成形條件下的密度損傷值與厚向應(yīng)變之間的關(guān)系，對(duì)IF鋼板料成形機(jī)理從宏觀尺度進(jìn)行了一定的討論。 同時(shí)，借助金相儀分析，以及宏細(xì)觀相結(jié)合的方法，就金屬晶粒的尺寸變化對(duì)損傷過程機(jī)理做了定性分析。分析表明，不同應(yīng)力狀態(tài)下晶粒的尺寸變化規(guī)律不一樣。相比較來說，平面應(yīng)變情況下板材的塑性變形能力較差。從縱、橫向晶粒長短軸比的變化情況來看，等雙拉的應(yīng)力狀態(tài)下，其變化幅度明顯超過其他兩種方式，尤其是單向拉伸的情況

4、。 此外，在熱力學(xué)基本原理的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了一般各向異性損傷情況下的塑性流動(dòng)關(guān)系與損傷演化方程；并簡化后得到含損傷的各向同性塑性本構(gòu)方程的具體形式。將Lemaitre各向同性損傷模型應(yīng)用于本文的試驗(yàn)材料——薄板沖壓中常用的某IF和03A1兩種型號(hào)鋼板，對(duì)預(yù)測的成形極限圖和試驗(yàn)值進(jìn)行了比較，結(jié)果兩者相差較大。 本文采用Lemaitre的損傷耗散勢形式框架，認(rèn)為損傷是各向同性的，同時(shí)考慮材料是各向異性塑性的情況下，提出了含損傷

5、的塑性模型用于薄板成形加工過程的損傷和極限應(yīng)變分析。在假設(shè)比例加載情況下，演算得到損傷的演化方程，并通過數(shù)值計(jì)算得到三種簡單應(yīng)力狀態(tài)下?lián)p傷變量隨累積塑性應(yīng)變變化曲線。將該曲線同試驗(yàn)值進(jìn)行了比較分析，結(jié)果表明，理論預(yù)測曲線和試驗(yàn)值趨勢均一致，而在單向拉伸情況下兩者相當(dāng)吻合。根據(jù)損傷判則和含損傷的塑性模型，考慮比例加載的情況，得到了板材成形的極限應(yīng)變關(guān)系式。應(yīng)用于兩種典型鋼板的成形極限預(yù)測，計(jì)算得到兩種板材的FLD。并將理論預(yù)測結(jié)果和試驗(yàn)值