沖壓成形中破裂和回彈的細觀損傷力學(xué)分析.pdf

1、板料沖壓成形技術(shù)在制造業(yè)中占有極其重要的地位，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、船舶、電器等工業(yè)領(lǐng)域。但由于變形條件、工藝參數(shù)及材料選擇等因素，常產(chǎn)生破裂、同彈和起皺等缺陷，使得零件的廢品率和試錯次數(shù)顯著增加。在板料成形工藝分析中，引入數(shù)值模擬技術(shù)是解決上述問題的有效手段，但目前對破裂和回彈缺陷的預(yù)測精度仍不可靠。如何準(zhǔn)確而又迅速地預(yù)測沖壓成形中可能出現(xiàn)的這兩種缺陷，對有效控制產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的競爭力有重要意義。

2、
　　 本構(gòu)模型是影響數(shù)值模擬可靠性一個重要方面。實際材料由于內(nèi)部存在微缺陷，因而在變形過程中其力學(xué)性能是逐漸劣化的，但目前數(shù)值模擬分析少有考慮該因素，為了提高數(shù)值模擬預(yù)測精度，將損傷引入本構(gòu)模型顯得十分必要。為此，本文基于GTN細觀損傷理論，考慮了板料的塑性各向異性性能和包申格效應(yīng)，建立了符合沖壓成形特點的損傷模型，并對數(shù)值實現(xiàn)方法進行了改進。將新的本構(gòu)模型應(yīng)用于成形和回彈分析，提出了與應(yīng)變路徑無關(guān)的韌性失穩(wěn)判據(jù)和韌性斷裂判據(jù)

3、。本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　 針對板料沖壓成形問題，提出并建立了Hill'48-GTN和Barlat'89-GTN細觀損傷模型。對原來GTN細觀損傷模型進行了改進，將Hill'48和Barlat'89各向異性屈服準(zhǔn)則表示的宏觀等效應(yīng)力引入到模型中，反映了材料的各向異性性能，推導(dǎo)了相應(yīng)的本構(gòu)方程及數(shù)值實現(xiàn)表達式。通過數(shù)值算例表明，新模型Hill'48-GTN和Barlart'89-GTN相對原來的GTN模型可以同時反映板料成形

4、中的塑性各向異性行為和損傷發(fā)展過程。
　　 針對原有本構(gòu)方程數(shù)值算法在求解板料成形，尤其是破裂問題時計算效率低、收斂困難的問題，改進了本構(gòu)積分算法的數(shù)值實現(xiàn)方法。將完全隱式的向后Euler本構(gòu)積分算法與顯式有限元法相結(jié)合，既保證了算法的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，又提高了計算效率。基于有限元軟件ABAQUS編寫了幾種GTN損傷模型的VUMAT材料子程序，實現(xiàn)了對板料成形過程中損傷演化的可視化。通過圓杯拉深成形試驗驗證了GTN損傷模型的可靠性

5、。
　　 研究比較了目前板料成形中3種常用流動應(yīng)力模型：Hollomon、Swift和Voce方程的描述準(zhǔn)確性。為了對韌性損傷機理有更深入直觀的理解，利用掃描電鏡觀測了拉斷試樣斷口形貌并進行了微觀分析。采用逆向方法，將單向拉伸試驗與有限元數(shù)值模擬相結(jié)合來確定GTN模型損傷參數(shù)。由于GTN模型中各損傷參數(shù)的組合不是固定不變的，而是在一定范圍內(nèi)變化的。基于正交試驗設(shè)計和有限元數(shù)值模擬，研究了各參數(shù)變化對板料損傷行為的影響。
　

6、　 為了準(zhǔn)確預(yù)測板料回彈，提出建立了遵循線性隨動強化、非線性隨動強化和混合強化法則的幾種GTN模型，通過在模型中考慮了背應(yīng)力的影響來反映回彈中的包申格效應(yīng)。將幾種遵循不同強化法則的GTN模型采用顯隱式有限元求解相結(jié)合的方法來分析板料回彈，為準(zhǔn)確預(yù)測回彈提供了理論方法和計算依據(jù)。分析比較了幾種GTN損傷模型在采用不同強化法則時對板料回彈量的影響規(guī)律?？疾炝吮緲?gòu)模型在考慮損傷因素前后的同彈量變化。
　　 從工程應(yīng)用角度考慮，提出了