基于試驗與模擬的修正GTN模型參數(shù)確定及韌性斷裂研究.pdf

1、在工業(yè)加工生產(chǎn)過程中，由于材料發(fā)生韌性斷裂而導(dǎo)致零件的直接報廢的現(xiàn)象十分常見，因此采用數(shù)值模擬方法預(yù)測材料的起裂位置、起裂時刻以及裂紋擴展方式至關(guān)重要。數(shù)值模擬獲得的結(jié)果的準(zhǔn)確性依賴于所選取的材料本構(gòu)模型和韌性斷裂準(zhǔn)則。通過總結(jié)現(xiàn)有文獻，韌性斷裂準(zhǔn)則大致可以分為非耦合和耦合兩大類。前者一般不考慮實際成形過程的斷裂機理，且忽略損傷對材料本構(gòu)模型的影響，預(yù)測的結(jié)果準(zhǔn)確性不高，而且適應(yīng)范圍有限。GTN模型雖然引入了空穴體積分?jǐn)?shù)來表征材料的損傷

2、程度，但模型中引入了眾多參數(shù)，尚缺乏行之有效的將模型參數(shù)轉(zhuǎn)換為宏觀應(yīng)力狀態(tài)的評估方法，同時GTN模型只能應(yīng)用于高應(yīng)力三軸度范圍。上述問題的存在，使得目前常用的商業(yè)化有限元軟件在用于塑性成型工藝數(shù)值模擬時，所得到的結(jié)果與實際結(jié)果并非完全一致。因此，選用合適的韌性斷裂準(zhǔn)則和準(zhǔn)確的損傷參數(shù)對于研究材料的韌性斷裂過程有重要意義。
　　本文針對上述問題，設(shè)計十四種具有不同初始應(yīng)力三軸度的退火態(tài)AA2024試樣，通過試驗得到不同工況下的載荷位

3、移曲線，并研究了不同流動應(yīng)力模型對模擬結(jié)果的影響，結(jié)果表明 Voce+Voce模型不僅能夠擬合縮頸前的試驗數(shù)據(jù)，也能預(yù)測試樣縮頸以后的的力學(xué)性能。
　　運用反求法分析不同半徑的棒料缺口拉伸試驗，獲取GTN模型在高應(yīng)力三軸度損傷參數(shù)。基于不同缺口拉伸實驗?zāi)M結(jié)果的準(zhǔn)確性與初始應(yīng)力三軸度有關(guān)，本文提出了孔洞形核應(yīng)變模型，從而使修正GTN模型在高應(yīng)力三軸度范圍普遍使用。通過數(shù)值模擬和剪切試驗的對比確定低應(yīng)力三軸度參數(shù)Kw，并驗證損傷參數(shù)

4、的準(zhǔn)確性。研究結(jié)果表明，確定的修正GTN模型參數(shù)可以應(yīng)用到低應(yīng)力三軸度范圍包括純剪狀態(tài)，但在負應(yīng)力三軸度條件下并不能準(zhǔn)確預(yù)測材料的斷裂現(xiàn)象。
　　本文比較和評估了五種非耦合韌性斷裂準(zhǔn)則的準(zhǔn)確性與應(yīng)用范圍。結(jié)果表明，Lou準(zhǔn)則同時考慮了應(yīng)力三軸度和Lode參數(shù)的影響，因而具有較廣的適用范圍?；趹?yīng)力三軸度和Lode參數(shù)在塑性變過程中不斷發(fā)生改變，因此本文提出了平均應(yīng)力三軸度和平均Lode參數(shù)的概念。利用無損傷有限元結(jié)合試驗結(jié)果確定了