成形極限圖的獲取方法與其在金屬板料成形中的應(yīng)用.pdf

1、成形極限圖(Forming limit diagram-FLD)是在金屬板料塑性成形中判斷板料成形成功與失敗的一個重要判據(jù)。在利用有限元仿真方法進行沖壓工藝優(yōu)化、汽車鈑金零件選材等方面有著重要的應(yīng)用。板料成形極限圖的準確獲得與應(yīng)用非常復雜，影響因素眾多，針對FLD的研究仍然存在很多問題：隨著新材料和工藝方法的不斷出現(xiàn)，使得最初的一些試驗與理論無法直接應(yīng)用在新的情況下；FLD受加載路徑，應(yīng)變速率，加載溫度等影響因素的研究仍然不夠成熟；FL

2、D在選材等方面的應(yīng)用研究仍然較少。基于以上問題，本文以沖壓領(lǐng)域常用的低碳鋼板料和變形鋁合金板料作為研究對象，圍繞金屬板料成形極限的獲得方法、影響因素及其在板料成形有限元仿真和板料選材領(lǐng)域的應(yīng)用等方面進行了理論與試驗研究。論文共計8章，主要完成的內(nèi)容和所取得的成果如下：
　　 (1)通過試驗研究了FLD的試驗方法與影響因素。通過對現(xiàn)有試驗方法的分析，找出了影響試驗結(jié)果的主要因素。通過試驗研究了應(yīng)變路徑的獲得方法、極限狀態(tài)的判斷方法

3、、以及試樣形狀與板料各向異性對FLD試驗結(jié)果的影響。為提高板料成形極限試驗的準確性與實用性提供了重要的參考依據(jù)。
　　 (2)基于Hill-Swift失穩(wěn)理論，M-K失穩(wěn)理論，以及MMFC失穩(wěn)理論的基本原理，利用各向異性屈服準則和不同的本構(gòu)方程，推導了板料成形極限預(yù)測的數(shù)值迭代計算方法。通過試驗對一種低碳鋼和一種鋁合金板料進行了不同加載路徑下的失穩(wěn)規(guī)律預(yù)測，與理論預(yù)測結(jié)果進行了對比。結(jié)果表明所建立的FLD預(yù)測程序能夠較為準確的預(yù)

4、測各種加載路徑下板料的成形極限。
　　 (3)探討了失穩(wěn)現(xiàn)象在基于有限元仿真的板料成形模擬中的表現(xiàn)形式，研究了利用有限元仿真軟件來計算FLD的原理與方法。通過分析板料塑形成形有限元仿真結(jié)果中板料失穩(wěn)時的應(yīng)力應(yīng)變等的變現(xiàn)形式，提出了利用數(shù)值仿真方法計算板料失穩(wěn)行為的原理與流程。研究了可以用來作為失穩(wěn)行為的判斷準則及其在有限元仿真軟件中的實現(xiàn)方法。并對一種高強度鋼板和鋁合金板料進行了仿真與試驗，研究了這種預(yù)測方法的實用性以及失穩(wěn)判斷

5、方法、材料模型等對試驗結(jié)果的影響。
　　 (4)通過試驗研究了基于應(yīng)力和應(yīng)變的FLD路徑相關(guān)性.分析了應(yīng)力成形極限的理論與試驗獲得方法及其等效形式。通過對不同預(yù)加載后的板料進行單向拉伸試驗，研究了不同加載路徑下的應(yīng)力成形極限的差別。并通過試驗對反向推導得出的結(jié)論，對應(yīng)力成形極限的路徑相關(guān)性進行了驗證。結(jié)果表明應(yīng)力成形極限的路徑相關(guān)性較應(yīng)變成形極限小，其路徑相關(guān)性是由板料的硬化行為決定的，等向強化條件下板料的應(yīng)力成形極限與加載路徑

6、無關(guān)，而符合隨動強化和混合強化模型的板料應(yīng)力成形極限則與加載路徑相關(guān)。
　　 (5)通過試驗研究了兩種鋁合金板料AA5182-O、AA7075T6和一種鎂合金板料AZ31B在溫成形條件下的單向拉伸失穩(wěn)行為和成形極限，找出了與材料在室溫下失穩(wěn)規(guī)律的區(qū)別。分析了成形溫度和成形速度對成形極限的影響。利用材料的單向拉伸數(shù)據(jù)建立了材料溫成形下的材料模型，并通過有限元仿真預(yù)測了這種材料模型下板料的FLD，與試驗結(jié)果進行了對比分析。為了解板料