車用6016鋁合金沖壓仿真研究.pdf

1、當前，汽車輕量化已成為汽車行業(yè)發(fā)展的潮流，鋁合金由于其質輕、強度高、耐腐蝕性好等優(yōu)點，是應用最廣泛的輕量化材料之一。但由于鋁合金本身成形性比鋼板較差，加之覆蓋件結構復雜，導致成形過程中易出現(xiàn)起皺、破裂等問題，因此在鋁合金板料的成形過程設計中，考慮其結構在大變形條件下可能發(fā)生的損傷失效行為尤為重要。本文以6016鋁合金材料為研究對象，借助LS-DYNA材料庫二次開發(fā)平臺（User-defined material），編寫了包含材料各向異性

2、的GTN損傷模型材料子程序，從而建立了適合進行細觀損傷分析的精細化本構模型，并結合有限元分析技術，深入研究了6016鋁合金材料在沖壓過程中的損傷演化和韌性斷裂過程，為今后6016鋁合金的沖壓過程設計提供了有價值的參考。
　　本文主要工作及結論如下：
　　（1）首先，本文對GTN模型的基本理論及其數(shù)值方法進行了介紹，并引入Hill’48各向異性屈服準則，借助LS-DYNA自定義材料子程序接口，建立了相應的VUMAT子程序，并驗

3、證了子程序的正確性。隨后，通過圓杯件拉深算例，研究了各向異性對板料沖壓仿真結果的影響，結果表明：各向異性對材料的宏觀力學行為及損傷演化都存在較大影響；
　?。?）由于GTN損傷參數(shù)較多，為避免盲目取值，本文以平板拉伸樣件為例，研究了各GTN參數(shù)及網(wǎng)格尺寸對仿真結果的影響規(guī)律，結果表明：①f N、?N與sN三個參數(shù)對孔洞損傷演化過程有很大影響，改變其參數(shù)值對仿真載荷-位移曲線影響較大；② fc與?兩個參數(shù)只影響損傷最后階段，當其值變

4、化不大時，對載荷-位移曲線影響較小，但對樣件斷裂形式及斷后頸縮量有顯著影響；③網(wǎng)格尺寸對平板拉伸樣件仿真斷裂形式及斷后頸縮量存在較大影響，當網(wǎng)格尺寸減小至0.2mm時，計算結果已趨于穩(wěn)定，繼續(xù)減小尺寸，所得裂紋更加精細。
　?。?）為獲取6016鋁合金材料的GTN參數(shù)，對6016鋁合金進行了材料拉伸實驗，分別采用傳統(tǒng)有限元反向標定法（僅以實驗載荷-位移曲線作為唯一評判標準），和在此基礎上新增樣件斷裂方式及斷后頸縮量作為評判標準，確

5、定了2組GTN參數(shù)。通過對比兩組仿真結果得出：①只以載荷-位移曲線作為評判標準所確定的GTN參數(shù)不具有唯一性，不一定能準確的反映出材料實際的斷裂失效情況；②新增樣件斷后頸縮量和斷裂角度兩項評判標準所確定的GTN參數(shù)不僅能使仿真載荷-位移曲線與實驗載荷-位移曲線很好的吻合，還能準確的反映出樣件的實際斷裂情況；
　?。?）最后，分別采用Hill’48-GTN模型和Mises-GTN模型及不同網(wǎng)格尺寸對6016鋁合金杯突沖壓過程進行了仿