板金屬成形微態(tài)損傷本構(gòu)模型數(shù)值分析.pdf

1、在節(jié)能減排和汽車輕量化的迫切需求下，采用高強(qiáng)度鋼板和復(fù)雜熱沖壓成形工藝的技術(shù)已廣泛應(yīng)用于車身零部件制造業(yè)。車身覆蓋件沖壓成形，往往涉及到高溫、高應(yīng)變率及塑性大變形等復(fù)雜的熱力耦合行為，使得材料微孔洞或微裂紋等缺陷的形成、增殖、聯(lián)合、直至出現(xiàn)宏觀材料軟化或破裂等現(xiàn)象。為輔助車身零部件制造，基于有限元的數(shù)值模擬方法在金屬成形仿真中起著重要作用。為準(zhǔn)確模擬材料的彈粘塑性大變形、應(yīng)變軟化及斷裂等力學(xué)行為，需要構(gòu)建復(fù)雜的熱力耦合非局部本構(gòu)模型。本

2、文針對(duì)板金屬?zèng)_壓成形中的零件成形分析、材料應(yīng)變軟化及斷裂行為和熱集中現(xiàn)象進(jìn)行了理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，主要工作有:
　　1).提出了高效地構(gòu)建中間構(gòu)型滑移約束曲面的擬最小面積法、生成中間構(gòu)型初始解的保面積坐標(biāo)物質(zhì)點(diǎn)映射法和約束物質(zhì)點(diǎn)在滑移曲面上移動(dòng)的罰函數(shù)方法;建立了含參考中間構(gòu)型彎曲效應(yīng)的幾何非線性應(yīng)變度量，并基于KMAS平臺(tái)開發(fā)了高效的成形性分析靜力隱式多步有限元模擬方法，以克服一步法忽略變形歷史導(dǎo)致的應(yīng)力估計(jì)不準(zhǔn)的問題

3、。
　　2).基于廣義連續(xù)介質(zhì)力學(xué)，建立了熱力學(xué)一致性的耦合韌性損傷、溫度場(chǎng)、各向同性硬化和隨動(dòng)硬化，及新的微態(tài)變量（微態(tài)損傷、微態(tài)溫度、微態(tài)各向同性硬化和微態(tài)隨動(dòng)硬化）的非局部彈粘塑性本構(gòu)模型，克服了經(jīng)典損傷本構(gòu)模型引起的數(shù)學(xué)上的病態(tài)提法問題;通過廣義虛功原理和亥姆霍茲自由能得到了一組額外的含材料內(nèi)部特征長(zhǎng)度的微態(tài)變量平衡方程，采用Galerkin加權(quán)余量法得了微態(tài)本構(gòu)模型弱形式的初始和邊界值問題;在Abaqus用戶子程序中實(shí)現(xiàn)

4、了新的有限單元和該本構(gòu)模型的隱式積分過程，并應(yīng)用到DP1000材料的拉伸和沖壓成形實(shí)驗(yàn)分析中。
　　3).通過新的微態(tài)溫度變量引入了溫度的非局部效應(yīng)，得到了一組熱力學(xué)一致性的含材料內(nèi)部特征長(zhǎng)度的廣義微態(tài)熱傳導(dǎo)方程;詳細(xì)回顧了文獻(xiàn)中對(duì)傅里葉模型擴(kuò)展的五類熱傳導(dǎo)方程:Cattaneo I模型、帶松弛時(shí)間的雙曲線形傳熱方程、溫度梯度或熵梯度模型、雙溫度模型和微溫度模型等;通過選取合適的自由能函數(shù)并施加內(nèi)部溫度約束，該廣義微態(tài)熱傳導(dǎo)方程可