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原文传递一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立方法及系统

专利名称：	一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立方法及系统
摘要：	本发明公开了一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立方法及系统，涉及板材成形极限确定技术领域，包括首先通过单向拉伸试验、平面应变试验和双向等拉试验三种应力状态稳定的试验组合方案来获取包括断裂起始应变和断裂结束应变的断裂准则相关力学变量；然后依据此力学变量和Lou‑Huh韧性断裂准则确定两组断裂参数；最后根据两组断裂参数计算成形极限曲线，绘制具有破裂区、危险区以及安全区的断裂成形极限图。本发明通过简单易实施的试验手段，结合适用性更强的新理论方法来实现高强铝合金板材的成形极限图的建立，既避免了试验获取成形极限图的繁琐性，又解决了传统理论对高强铝合金板材的不适用性，还有效避免了新理论方法实现过程中存在的典型问题。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河北;13
申请人：	燕山大学
发明人：	董国疆;朱良金;陈光;杨卓云
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-04T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-11T00:00:00+0800
申请号：	CN201910158426.2
公开号：	CN109870362A
代理机构：	北京高沃律师事务所
代理人：	程华
分类号：	G01N3/10(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	066000 河北省秦皇岛市海港区河北大街438号
主权项：	1.一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立方法，其特征在于，所述断裂成形极限图建立方法包括：制备三种试验试样；所述试验试样分别为单向拉伸试验试样、平面应变试验试样以及双向等拉试验试样；将三种所述试验试样放置在万能材料试验机上对应进行单向拉伸试验、平面应变试验以及双向等拉试验，得到第一力-位移曲线、第二力-位移曲线以及第三力-位移曲线；所述第一力-位移曲线为将单向拉伸试验试样放置在万能材料试验机上进行单向拉伸试验得到的曲线；所述第二力-位移曲线为将平面应变试验试样放置在万能材料试验机上进行平面应变试验得到的曲线；所述第三力-位移曲线为将双向等拉试验试样放置在万能材料试验机上进行双向等拉试验试样得到的曲线；确定断裂起始位移和断裂结束位移；所述断裂起始位移为力-位移曲线上最大力点对应的位移，所述断裂结束位移为力-位移曲线上完全失载点对应的位移；所述第一力-位移曲线上最大力点对应的位移为第一断裂起始位移；所述第一力-位移曲线上完全失载点对应的位移为第一断裂结束位移；所述第二力-位移曲线上最大力点对应的位移为第二断裂起始位移；所述第二力-位移曲线上完全失载点对应的位移为第二断裂结束位移；所述第三力-位移曲线上最大力点对应的位移为第三断裂起始位移；所述第三力-位移曲线上完全失载点对应的位移为第三断裂结束位移；根据所述第一力-位移曲线，计算弹性模量以及拟合幂函数硬化模型；在有限元软件中，依据所述弹性模量和所述幂函数硬化模型，建立材料力学模型；依据所建立的所述材料力学模型，对单向拉伸、平面应变以及双向等拉的试验过程分别进行有限元仿真，提取三种所述试验试样中心区域分别在所述断裂起始时刻和所述断裂结束时刻对应的等效塑性应变参数；所述等效塑性应变参数包括断裂起始应变、断裂结束应变；将所有所述等效塑性应变参数以及通过三种试验确定的所有的应力三轴度和Lode参数代入Lou-Huh韧性断裂准则表达式，计算三种所述试验试样分别在所述断裂起始时刻和所述断裂结束时刻对应的断裂参数；在主应变空间内，根据所有所述断裂参数计算成形极限曲线；根据所述成形极限曲线，建立断裂成形极限图。 2.根据权利要求1所述的断裂成形极限图建立方法，其特征在于，所述根据所述第一力-位移曲线，计算弹性模量以及拟合幂函数硬化模型，具体包括：根据所述第一力-位移曲线，获取工程应力-应变曲线；根据所述工程应力-应变曲线，计算弹性模量和真实应力应变曲线；根据所述真实应力应变曲线拟合幂函数硬化模型的强度系数和硬化指数。 3.根据权利要求1所述的断裂成形极限图建立方法，其特征在于，所述依据所建立的所述材料力学模型，对单向拉伸、平面应变以及双向等拉的试验过程分别进行有限元仿真，提取三种所述试验试样中心区域分别在所述断裂起始时刻和所述断裂结束时刻对应的等效塑性应变参数，具体包括：依据所建立的所述材料力学模型，对单向拉伸的试验过程进行有限元仿真，提取所述单向拉伸试验试样中心区域在所述第一断裂起始时刻和所述第一断裂结束时刻对应的第一组等效塑性应变参数；所述第一组等效塑性应变参数包括第一断裂起始应变、第一断裂结束应变；依据所建立的所述材料力学模型，对平面应变的试验过程进行有限元仿真，提取所述平面应变试验试样中心区域在所述第二断裂起始时刻和所述第二断裂结束时刻对应的第二组等效塑性应变参数；所述第二组等效塑性应变参数包括第二断裂起始应变、第二断裂结束应变；依据所建立的所述材料力学模型，对双向等拉的试验过程进行有限元仿真，提取所述双向等拉试验试样中心区域在所述第三断裂起始时刻和所述第三断裂结束时刻对应的第三组等效塑性应变参数；所述第三组等效塑性应变参数包括第三断裂起始应变、第三断裂结束应变；其中，所述等效塑性应变参数包括第一组等效塑性应变参数、第二组等效塑性应变参数和第三组等效塑性应变参数。 4.根据权利要求3所述的断裂成形极限图建立方法，其特征在于，所述将所有所述等效塑性应变参数以及通过三种试验确定的所有的应力三轴度和Lode参数代入Lou-Huh韧性断裂准则表达式，计算三种所述试验试样分别在所述断裂起始时刻和所述断裂结束时刻对应的断裂参数，具体包括：根据第一公式计算第一组断裂参数，所述第一组断裂参数包括断裂参数C1s、断裂参数C2s、断裂参数C3s；所述第一公式为：其中，为第一断裂起始应变，为第二断裂起始应变，为第三断裂起始应变；根据第二公式计算第二组断裂参数；所述第二组断裂参数包括断裂参数C1e、断裂参数C2e和断裂参数C3e；所述第二公式为其中，为第一断裂结束应变，为第二断裂结束应变，为第三断裂结束应变。 5.根据权利要求4所述的断裂成形极限图建立方法，其特征在于，所述在主应变空间内，根据所有所述断裂参数计算成形极限曲线，具体包括：所述成形极限曲线有两条，分别为第一成形极限曲线和第二成形极限曲线；根据以下公式，采用所述第一组断裂参数，计算第一成形极限曲线，所述公式为根据以下公式，采用所述第二组断裂参数，计算第二成形极限曲线，所述公式为其中，β为应变比，α为应力比，ε1为主应变，ε2为次应变；所述主应变空间为ε1-ε2。 6.根据权利要求5所述的断裂成形极限图建立方法，其特征在于，在所述断裂成形极限图内，将所述第一成形极性曲线和所述第二成形极性曲线之间形成的一个带状区域确定为危险区，将所述危险区之上的区域确定为破裂区，将所述危险区之下的区域确定为安全区。 7.一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立系统，其特征在于，所述断裂成形极限图建立系统包括：试验试样制备模块，用于制备三种试验试样；所述试验试样分别为单向拉伸试验试样、平面应变试验试样以及双向等拉试验试样；力-位移曲线得到模块，用于将三种所述试验试样放置在万能材料试验机上对应进行单向拉伸试验、平面应变试验以及双向等拉试验，得到第一力-位移曲线、第二力-位移曲线以及第三力-位移曲线；所述第一力-位移曲线为将单向拉伸试验试样放置在万能材料试验机上进行单向拉伸试验得到的曲线；所述第二力-位移曲线为将平面应变试验试样放置在万能材料试验机上进行平面应变试验得到的曲线；所述第三力-位移曲线为将双向等拉试验试样放置在万能材料试验机上进行双向等拉试验试样得到的曲线；断裂起始位移和断裂结束位移确定模块，用于确定断裂起始位移和断裂结束位移；所述断裂起始位移为力-位移曲线上最大力点对应的位移，所述断裂结束位移为力-位移曲线上完全失载点对应的位移；所述第一力-位移曲线上最大力点对应的位移为第一断裂起始位移；所述第一力-位移曲线上完全失载点对应的位移为第一断裂结束位移；所述第二力-位移曲线上最大力点对应的位移为第二断裂起始位移；所述第二力-位移曲线上完全失载点对应的位移为第二断裂结束位移；所述第三力-位移曲线上最大力点对应的位移为第三断裂起始位移；所述第三力-位移曲线上完全失载点对应的位移为第三断裂结束位移；弹性模量和幂函数硬化模型得到模块，用于根据所述第一力-位移曲线，计算弹性模量以及拟合幂函数硬化模型；材料力学模型建立模块，用于在有限元软件中，依据所述弹性模量和所述幂函数硬化模型，建立材料力学模型；等效塑性应变参数提取模块，用于依据所建立的所述材料力学模型，对单向拉伸、平面应变以及双向等拉的试验过程分别进行有限元仿真，提取三种所述试验试样中心区域分别在所述断裂起始时刻和所述断裂结束时刻对应的等效塑性应变参数；所述等效塑性应变参数包括断裂起始应变、断裂结束应变；断裂参数计算模块，用于将所有所述等效塑性应变参数以及通过三种试验确定的所有的应力三轴度和Lode参数代入Lou-Huh韧性断裂准则表达式，计算三种所述试验试样分别在所述断裂起始时刻和所述断裂结束时刻对应的断裂参数；成形极限曲线计算模块，用于在主应变空间内，根据所有所述断裂参数计算成形极限曲线；断裂成形极限图建立模块，用于根据所述成形极限曲线，建立断裂成形极限图。 8.根据权利要求7所述的断裂成形极限图建立系统，其特征在于，所述弹性模量和幂函数硬化模型得到模块，具体包括：工程应力-应变曲线获取单元，用于根据所述第一力-位移曲线，获取工程应力-应变曲线；弹性模量和真实应力应变曲线计算单元，用于根据所述工程应力-应变曲线，计算弹性模量和真实应力应变曲线；拟合单元，用于根据所述真实应力应变曲线拟合幂函数硬化模型的强度系数和硬化指数。 9.根据权利要求7所述的断裂成形极限图建立系统，其特征在于，所述等效塑性应变参数提取模块，具体包括：第一组等效塑性应变参数提取单元，用于依据所建立的所述材料力学模型，对单向拉伸的试验过程进行有限元仿真，提取所述单向拉伸试验试样中心区域在所述第一断裂起始时刻和所述第一断裂结束时刻对应的第一组等效塑性应变参数；所述第一组等效塑性应变参数包括第一断裂起始应变、第一断裂结束应变；第二组等效塑性应变参数提取单元，用于依据所建立的所述材料力学模型，对平面应变的试验过程进行有限元仿真，提取所述平面应变试验试样中心区域在所述第二断裂起始时刻和所述第二断裂结束时刻对应的第二组等效塑性应变参数；所述第二组等效塑性应变参数包括第二断裂起始应变、第二断裂结束应变；第三组等效塑性应变参数提取单元，用于依据所建立的所述材料力学模型，对双向等拉的试验过程进行有限元仿真，提取所述双向等拉试验试样中心区域在所述第三断裂起始时刻和所述第三断裂结束时刻对应的第三组等效塑性应变参数；所述第三组等效塑性应变参数包括第三断裂起始应变、第三断裂结束应变；其中，所述等效塑性应变参数包括第一组等效塑性应变参数、第二组等效塑性应变参数和第三组等效塑性应变参数。
所属类别：	发明专利