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高强铝板韧性断裂模型与成形极限研究
| 论文题名： | 高强铝板韧性断裂模型与成形极限研究 |
| 关键词： | 车用铝板;塑性变形;损伤演化;应力状态;韧性断裂;成形极限 |
| 摘要： | 高强铝板因其比强度高、可加工性强和耐腐蚀性好等综合性能，被广泛应用于航空航天、交通运输等领域。然而，常温下高强铝板的延展性和塑性较差，呈现明显各向异性特征，成形窗口较小，冲压成形易产生破裂。为应对高强铝板件结构设计与工艺制定的迫切需求，需探究高强铝板的损伤失效机理，准确表述其成形极限。因此，本文以车用s600铝板为研究对象，基于细观损伤理论与各向异性屈服准则，采用理论、仿真与试验相结合的方法，以期建立高强铝板准确、便宜的理论成形极限图(FLD)求解技术路线，为相关板材产品设计与开发提供理论支撑和预判手段。 板材塑性变形的损伤演化与应力状态强相关，为考虑损伤演化的应力状态相关性对板材构件成形韧性断裂的影响，本文深入研究了基于细观损伤理论的GTN模型损伤参数与应力三轴度的变化规律。采用Yld2000-2d模型标定了s600铝板的各向异性屈服行为，以准确反映其塑性变形特征；将Yld2000-2d屈服模型与GTN损伤模型通过子程序耦合嵌入Abaqus软件平台，构建了板材塑性变形与韧性断裂仿真模型；通过4种典型缺口试样的拉伸试验与仿真分析表明，s600铝板的GTN模型损伤参数与应力三轴度呈指数函数关系。将这一函数关系用于半球刚模胀形试验的断裂仿真，得到了s600铝板的仿真FLD。经胀形试验验证表明，考虑损伤参数与应力状态的相关性后，成形极限的预测结果得到了明显改善。 针对关联流动法则存在的不能同时准确描述板材塑性变形屈服应力和厚向异性系数r值特征的问题，本文基于Yld2000-GTN耦合模型，采用非关联流动法则处理屈服函数与塑性势函数，确定了Yld2000-2d模型非关联相关系数，并通过误差分析验证了s600铝板对非关联流动准则的适用性。研究表明，非关联相关系数对初始和后继屈服应力与r值的预测误差均小于5%。采用二次开发材料模型仿真分析了缺口试样拉伸和筒形件拉深试验，结果表明，非关联流动模型在对缺口试样的力程曲线、等效塑性应变和截面厚度演化规律的预测上均优于关联流动模型，且能够准确预测筒形件拉深变形的损伤和断裂特征，证明了本文建立的仿真FLD在预判异性特征强、成形窗口小的高强铝类板材时的可行性和优越性。 |
| 作者： | 张学健 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 董国疆 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 燕山大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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