各向异性屈服准则的发展及实验验证综述

鉴于材料的屈服行为对板料成形的重要性,人们对各向异性屈服准则进行了长期研究.本文对各向异性屈服准则的发展进行了较为全面的回顾,对Hill系列、Hosford系列和Drucker系列3类屈服准则分别进行归纳.重点介绍不同类型屈服准则的适用范围及缺陷,总结目前国内外所采用的不同的实验验证方法,最后指出各向异性屈服准则在数值模拟中应用的难点及今后的研究方向.

汽车铝合金覆盖件成形数值模拟的各向异性屈服准则研究

铝合金作为一种典型的汽车轻量化材料,被越来越多的运用到汽车车身覆盖件中。但由于铝合金具有明显的各向异性特征,为了准确模拟铝合金板的成形过程,选择合适的屈服准则是关键。文章以汽车铝合金油箱的拉深成形为例,采用3种典型的各向异性屈服准则Hill48、Barlat89和YLD2000-2d对成形过程进行有限元模拟,结合实验验证,分析了不同屈服准则对有限元模拟结果精度的影响。结果表明,Hill48屈服准则的模拟结果与实验结果存在较大的差异,故不适用于铝合金板料成形的有限元模拟;Barlat89屈服准则的模拟结果与实验结果接近,但存在一定的偏差;YLD2000-2d屈服准则的模拟结果与实验结果吻合最好,数值模拟的精度最高。

各向异性屈服准则在拉深工艺中的应用

冷冲压成形所用的板料是经过多次辊轧和热处理而取得的,具有明显的各向异性,圆筒形件拉深时法兰部分处于平面应力状态,筒壁部分是单向应力状态。根据两种不同的应力状态,推导了屈服应力与R值的关系,加深了对各向异性屈服准则的认识。

屈服准则对DC05钢板十字拉深变形预测的评价

结合国际成形论坛十字拉深实验考题,分别采用Mises、Hill48和Yld2000-2d这3种屈服准则和Hockett-Sherby硬化模型集成的本构模型描述DC05钢板力学行为,并建立三维弹塑性有限元模型,预测十字拉深成形的面内主应变和拉深毛坯外轮廓线。重点关注屈服准则对变形预测精度的敏感性分析,以及DIC测量复杂应变路径下的拉深变形分析。在板材力学行为描述方面,Yld2000-2d能同时兼顾应力和变形各向异性特性,而Hill48只能描述其一。十字拉深成形数值预测与实验测量对比结果表明,材料流动的预测和实验趋势吻合,屈服准则对面内主应变的预测影响非常显著,但是计算和测量结果存在显著偏差;预测结果相对实验测量值均偏低,其中Hill48-R预测面内主应变的能力明显高于其他屈服准则,而Yld2000-2d由于受到应力预测偏差的干扰,反而精度不是很理想;另外,对于复杂外轮廓线预测也存在同样的偏差趋势。

压边力对AZ31镁合金热拉深成形性能的影响——试验及有限元数值模拟研究

在AZ31镁合金板材热拉深成形过程中,压边力Pb可根据成形特点进行设计,压边力过大、过小会引起试样破裂或起皱,至使成形过程不能顺利进行。利用自行设计的拉深模具,采用加热圈与加热棒连接热电偶的方式对凹模与冲头进行控温;通过对弹簧压下量的控制分别施加固定压边力与渐变压边力来研究压边力对AZ31镁合金热拉深成形性能的影响,并采用正交各向异性屈服准则和Wagoner提出的考虑了应变速率与温度影响的应力-应变材料模型,编制用户子程序嵌入MSC.Marc软件中对拉深过程进行了数值模拟,模拟结果与试验结果具有较好的对照性。结果表明,在其它条件合适的情况下,采用浮动压边力(控制在2kN^10kN),可以成形出无破裂与起皱的合格产品。模拟结果与试验有良好的对照性,证明可以用数值模拟来指导实际成形过程。