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双相钢车身板成形的细观断裂判据研究
| 论文题名： | 双相钢车身板成形的细观断裂判据研究 |
| 关键词： | 板料成形;双相钢;剪切断裂;细观损伤;汽车车身;显式有限元法 |
| 摘要： | 汽车的轻量化使得人们越来越多地寻找新材料，以满足轻量化后汽车安全性等方面的要求。由于双相钢良好的力学性能和成形性，被逐渐应用于汽车车体的各种梁结构。但是，双相钢在成形时易发生剪切断裂现象，仅仅从宏观唯象的角度研究双相钢的剪切断裂失效准则具有一定的局限性，细观损伤理论把材料的微观损伤过程和宏观断裂过程联系起来，能更深入理解材料破坏的过程和内在的物理本质，成为近年来研究热点。本文利用GTN（Gurson-Tvergaard-Needlman）及扩展 GTN细观损伤模型研究双相钢的不同断裂方式，建立了双相钢断裂失效的细观判据。 首先，构建了Hill’48-GTN细观损伤模型，推导相应的本构方程。结合显式有限元法，利用 Fortran语言编程实现了 Hill’48-GTN模型 VUMAT用户材料子程序。 其次，针对目前 GTN模型较难获得精确损伤参数的问题，提出一种新的基于幂指数材料硬化模型的损伤参数优化方法。利用试验设计的方法选取不同损伤参数组合，建立损伤参数与硬化参数之间的关系，在建立评价函数时采用材料的固有基本参数，不需要寻求新的变量，可以获得较为精确的损伤参数，并采用此方法确定了DP780双相钢的各损伤参数。 再次，针对双相钢发生的剪切断裂现象，在原孔洞体积分数增量中引入一项剪切损伤量，将剪切变形对损伤的贡献等效为孔洞体积分数的增长。对拉伸和单拉剪切试样分别采用引入剪切损伤量和无剪切损伤两种不同孔洞体积分数增长方式进行仿真，证明了在纯剪切状态考虑剪切损伤的孔洞体积演化能更好地预测材料的失效，但在较高应力三轴度时预测的损伤值偏高。 最后，利用极限剪切塑性断裂应变定义剪切损伤量，并且将此损伤量引入GTN本构方程中。通过设计单拉剪切试验，获得材料失效时剪切损伤与宏观场量应力三轴度的关系，利用最小二乘原理拟合出剪切损伤极限值与应力三轴度的函数关系。根据剪切损伤极限值及韧性孔洞体积分数临界值与应力三轴度的关系建立了双相钢断裂的细观判据。仿真了不同圆角半径下拉弯成形的断裂结果，证明判据的正确性，最后模拟了地板梁冲压成形过程的断裂现象。 |
| 作者： | 孙彩凤 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 李迪 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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