基于Oyane韧性断裂准则的板料成形极限预测

本文基于Oyane韧性断裂准则,结合数值模拟方法,预测板料不同应变状态下的极限应变.准则中的材料参数通过单向拉伸和平面应变拉伸试验确定.在模拟胀形试验获得每一时间步应力、应变值的基础上,应用韧性断裂准则预测板料的成形极限.模拟结果表明用韧性断裂准则和数值模拟相结合的方法能成功获得板料的成形极限图.

基于Oyane韧性断裂准则的凹陷管道损伤程度研究

管道凹陷的深度对于X60管线钢安全性有不同程度的影响,采用Oyane韧性断裂准则与数值模拟相结合的方法对凹陷管道损伤程度进行研究。通过有限元软件建立了三维球形凹陷缺陷管道模型并求解模型,探讨了管道内压以及压头尺寸对凹陷深度与油气管道损伤程度之间关系的影响规律。研究结果表明:管道凹陷深度在一定的范围内,内压对管道抵抗韧性破裂是有利的。当凹陷深度超过100 mm时,内压会使管道损伤程度明显增大。在壁厚与管径比值、管道内压不变的情况下,压头尺寸越小损伤程度随凹陷深度增加越严重。而在一定条件下,当管道凹陷深度超过标准规定的7%管径时,管道损伤程度仍然满足积分值I<1。基于凹陷深度评价标准存在局限性,所以Oyane韧性断裂准则可应用于工程上管道凹陷的评价。

基于MMC韧性断裂准则的X80管道凹陷损伤程度分析

为提高管道凹陷安全评价的准确性,将修正Mohr-Coulomb(Modified Mohr-Coulomb, MMC)韧性断裂准则应用于管道损伤评价中,建立了球形压头压入管道表面的凹陷受损有限元模型,并结合ABAQUS-VUMAT实现了凹陷受损区域损伤值可视化。精确分析了不同凹陷深度下X80管道的内压和凹陷尺寸对凹陷处损伤值的影响。结果表明:凹陷深度值较浅时,最大损伤值位于管道凹陷处内表面中心。随着凹陷深度的增大,最大损伤值位置由中心向四周转移;凹陷深度越深、管道内压越大、凹陷尺寸越小,管道损伤值越大;当凹陷深度超过12%D时,随着凹陷深度的增加,管道内压越大、凹陷尺寸越小,损伤值增长速率越大。

高锁螺母用7075T73铝合金韧性断裂准则研究

通过单向拉伸试验,获取高锁螺母用7075T73铝合金的力学性能和应力应变曲线,拟合求解其Swift/Hockett-Sherby硬化模型参数。设计了2种缺口拉伸试样、3种缺口压缩试样,并结合相应的有限元模型分析,获取不同应力状态下材料的断裂应变、平均应力三轴度和平均罗德参数。以预测值和试验值的误差最小为目标,求解得到7075T73铝合金的Cockroft&Latham、Brozzo、Rice&Tracy三种韧性断裂准则参数,为7075T73铝合金高锁螺母收口成形工艺有限元仿真分析以及收口成形工艺优化提供理论支持。

基于韧性断裂准则的AZ31B镁合金板材成形极限预测

结合损伤起始判据和损伤演化准则,建立了完整的韧性断裂准则,基于ABAQUS中韧性损伤材料模型对AZ31B镁合金板材成形极限进行了预测。通过拟合单向拉伸应力应变曲线得到材料本构模型及损伤演化参数,建立了板材的Nakazima半球形凸模胀形有限元仿真模型,再基于韧性断裂准则预测了AZ31B镁合金板材室温下的成形极限,并分析了不同板材断裂失效判据对成形极限的影响。研究结果表明,基于所建立的韧性断裂准则,并以损伤演化过程中应变路径转变作为断裂失效判据,可以较准确地预测镁合金板材成形极限,得到的成形极限图与实验结果吻合较好。

一种半耦合韧性断裂准则及其在TRIP780中的应用

为研究高强钢板材在冷成形下的损伤演化与韧性断裂行为,将DF2012韧性断裂准则修正为初始损伤判据,同时参考连续损伤力学理论引入损伤变量D以衡量材料的累积损伤,并将其耦合到塑性模型中,构建了一种半耦合韧性断裂准则。以TRIP780高强钢板为研究对象,针对不同应力状态设计了6种形状的试样,借助电阻损伤测量法与DIC数字图像法进行了力学性能试验并测定初始损伤位移。采用非相关流动准则(NAFR)的Drucker各向异性屈服函数和Swift-Voce硬化模型准确描述了材料的塑性变形过程,然后分别利用试验模拟混合法和逆向工程法对初始损伤模型和损伤演化参数进行了标定。使用Fortran语言将构建的本构模型与损伤演化模型编译为VUMAT子程序并嵌入ABAQUS/Explicit模块中进行断裂模拟预测,并与未耦合损伤模型进行比较。结果表明:构建的半耦合韧性断裂准则能够准确描述TRIP780板材在不同应力状态下变形后期的损伤诱导软化行为,预测的断裂位移最大相对误差仅为1.31%。相较于常用的非耦合断裂模型,所提模型针对具有软化效应的高强钢表现出明显的优越性,适合用于高强钢板冷冲压成形的破裂预测中。

X80管道钢韧性断裂准则对比

为探究高钢级管材的断裂力学性能,将韧性断裂准则应用于管道钢的断裂失效评价中。设计了4类5种不同应力集中系数的X80管道钢拉伸试样来获取材料的基本力学性能参数和断裂应变,采用Ramberg-Osgood模型表述材料硬化效应,运用ABAQUS软件显示模块构建试样的对称有限元模型,进而使用实验-模拟混合法对实验中难以获取的应力三轴度和Lode参数进行提取,选取其中3种试样数据分别对3种断裂准则的断裂参数进行标定,用其余2种试样数据和构建材料断裂轨迹图来对不同准则的预测效果作进行对比分析。结果表明,采用实验-模拟混合法对不同应力集中系数试样的数据提取可以用于断裂准则的参数标定;DF2014韧性断裂准则对不同应力状态下的断裂行为预测更为准确和灵活,其损伤评价模型能够用于高强管道钢的韧性断裂预测。

高强度双相钢板韧性断裂准则参数研究

为预测不同高强钢板料的韧性断裂失效,通过设计四种高强钢的拉伸、剪切和破裂失效试验,标定了韧性断裂准则的损伤参数;将试验和数值模拟相结合建立了损伤参数与材料属性之间的关系,以减少标定韧性断裂准则损伤参数的困难。为验证该准则在不同应力三轴度下预测高强钢断裂失效的普适性和准确性,通过剪切、拉弯、胀形试验和数值模拟,表明该韧性断裂准则能较好地预测不同先进高强钢的断裂失效。

化学溶液和干湿循环作用下砂岩Ⅰ/Ⅱ复合型断裂韧性劣化特性研究

为研究化学溶液和干湿循环作用下砂岩Ⅰ/Ⅱ复合型断裂韧性的劣化规律,先采用pH为7,9,4的保水溶液,对试件进行干湿循环试验(N=1,3,6,10),随后通过半圆弯曲法测试试件的Ⅰ/Ⅱ复合型断裂韧性。试验结果显示:随着干湿循环次数N的增加,砂岩断裂韧性逐渐劣化,且劣化速度逐渐减缓;化学溶液对断裂韧性的影响为:酸性>碱性>中性;Ⅱ型断裂韧度总劣化度小于Ⅰ型断裂韧度。随后,基于试验结果,发现最大切应力准则(MTS准则)在判别以Ⅱ型断裂为主的复合型裂纹时存在较大误差,而广义最大切应力准则(GMTS准则)则能较好的吻合试验结果。最后,基于GMTS判据,分析裂纹尖端参数的劣化特征:T应力的绝对值与临界极半径r_(c)随着断裂韧性总劣化度的增大而减小;试件的干湿状态对r_(c)影响微弱,印证了r_(c)是反映结构性质的参数。

韧性断裂准则与阀值选取的理论及试验研究

在金属冲切断裂的数值模拟中,韧性断裂准则和阀值的选取对模拟结果的精度有非常大的影响。通过对20钢棒材和管材试样进行拉伸试验,同时利用Deform有限元模拟软件对试验过程进行数值模拟,发现即使对于同一种断裂准则,两种试样得到的韧性断裂阀值也存在一定的偏差。并分别将六种断裂准则及得到的对应断裂阀值用于管端弧口冲切过程的模拟,结果表明只有Brozzo和Normalized Cockcroft&Latham这两种准则能较好的模拟出管壁的变形和毛刺的生成情况。通过试验验证了结论的有效性。

基于韧性断裂准则的铝合金板材成形极限预测

为了准确地预测铝合金板材成形极限 ,将韧性断裂准则引入到数值模拟中。在数值模拟获得的应力应变值基础上 ,采用简单拉伸试验和数值模拟相结合的方法确定了韧性断裂准则中的材料常数 ,并应用该韧性断裂准则预测了铝合金LY12 (M )的圆筒件拉深和半球形凸模胀形的成形极限。预测结果与实验值吻合较好 ,该韧性断裂准则能够预测铝合金板材成形极限。

板料成形中韧性断裂准则应用研究进展

对板料成形中的成形极限应力图、最大变薄率、成形极限图以及韧性断裂准则等预测成形极限的方法,进行了综述和分析.指出利用韧性断裂准则,不但能够较好地预测塑性差的板料成形极限,而且还能考虑应变路径的变化.利用有限元方法模拟时,韧性断裂准则既可以应用到完全耦合的弹塑性损伤模型的增量方法中,也可以应用到一步有限元逆算法中.为了准确地预测成形极限,除了提高有限元模拟精度外,应找到一种本质地反映材料性能的韧性断裂准则.

韧性断裂准则的试验与理论研究

对不同样式的45钢和6082铝合金试件进行了拉伸、压缩、剪切、扭转等材料试验,对工程中使用的11个韧性断裂准则进行对比研究,并利用专业塑性成形分析软件对试验过程进行二维和三维情形的数值模拟。指出目前使用的韧性断裂准则都不可能对材料在任意应力应变状态和变形累积的情况下给出一个固定阈值,并给出了基于等效应变和应力三轴度的韧性断裂准则修正公式,通过厚板普通冲裁和精密冲裁试验证明了结论的有效性。

韧性断裂准则在高强钢板料成形中的应用

针对板料成形中的韧性断裂准则预测成形极限的方法,进行了综述和分析,提出了利用韧性断裂准则能够较好地预测塑性差的板料成形极限,而且还能考虑应变路径的变化.将Cockroft和Latham准则应用到高强度钢板DP590的成形预测中.对高强钢DP590进行了单向拉伸试验,获得了相应的物性参数.同时对该高强钢进行了方盒件成形试验,并进行了相应的有限元模拟.通过对高强钢的极限试验,利用有限元模拟获得了该材料的Cockroft和Latham准则常数.最后利用该常数对方盒件的拉深过程进行了缺陷的预测,模拟结果和试验结果完全吻合.表明韧性断裂准则是可以应用到高强度钢板的成形中的.

韧性断裂准则在板料成形中应用研究进展

对板料成形中的成形极限应力图、最大变薄率、成形极限图以及韧性断裂准则等预测成形极限的方法进行了综述和分析,提出了利用韧性断裂准则能够较好地预测塑性差的板料成形极限,而且还能考虑应变路径的变化.利用有限元方法模拟时,韧性断裂准则既可以运用到完全耦合的弹塑性损伤模型的增量方法中,也可以运用到一步有限元逆算法中.指出了为准确地预测成形极限,除了提高有限元模拟精度外,应找到一种本质地反映材料性能的准则.

应用韧性断裂准则预测盒形件拉深成形极限

目前已提出的韧性断裂准则预测板料成形极限,只在简单轴对称件中得到应用.利用作者提出的韧性断裂准则预测了铝合金板LF21,LY21(M)和钢板st17非轴对称的方盒件拉深成形极限,并与成形极限图的预测结果和实验结果进行比较.结果表明,这种方法较好地预测了盒形件拉深成形极限,为预测非轴对称件成形的断裂发生提供了一种有效的方法,也为预测复杂形状零件成形极限奠定了基础.

成形极限预测韧性断裂准则及屈服准则的影响

将韧性断裂准则用于预测板材成形极限,通过数值模拟HS钢、IF钢和6111-T4铝合金3种板材在单向拉伸、平面应变和双向等拉等不同应变路径下的变形过程,获得试件中心区域主应变最大单元的应变历史,结合成形极限实验数据计算韧性断裂准则的材料常数;通过对接近平面应变变形路径下的模拟结果与实验获得的网格应变相比较分析了H ill48,H ill90和Barlat89 3种各向异性屈服准则对模拟获得的应变路径的影响.结果表明,Barlat89屈服准则可以较好地描述单元的应变路径;在此基础上比较了几种韧性断裂准则用于预测板材断裂成形极限的计算结果,Cockcroft-Latham准则和总塑性功准则的计算结果比较理想,材料常数的确定也较为简单.

金属韧性断裂准则的数值模拟和试验研究

对不同外形的45钢试件进行了拉伸、压缩和扭转等材料试验,对工程中常用的5个韧性断裂准则的适用范围进行了对比研究,并采用Gurson-Tvergaard(GT)多孔材料本构模型对试验过程进行了数值模拟.指出目前使用的断裂准则都不可能对材料在多种变形条件下给出一个固定临界值.根据金属成形工艺特点,综合考虑拉伸型和剪切型2种不同韧性断裂机制,提出一个统一的韧性断裂准则形式.试验和数值计算结果证明了该准则的有效性和普适性,进而利用单向拉伸和扭转试验确定的材料常数合理地预测压缩过程中的韧性断裂现象.

应用韧性断裂准则预测板料的成形极限图

将Oyan韧性断裂准则引入数值模拟预测板料的成形极限图(FLD)。讨论了各向异性系数对不同应变状态下准则中各项的影响,通过测定单向拉伸和平面应变拉伸的断裂应变确定了准则中的材料常数。模拟凸模胀形实验得到每一时间步应力、应变值,代入韧性断裂准则预测板料的成形极限。应用Oyan韧性断裂准则预测了铝合金A5182-O和SPCC的成形极限图。模拟结果表明,用韧性断裂准则和数值模拟相结合能成功预测板料的成形极限图。

金属韧性断裂准则的实验研究

韧性断裂准则作为材料成形极限中的重要指标,对于准确预测金属内部和表面韧性破坏发生的时间和位置、工艺制定和模具设计具有重要的意义。以45钢为材料,采用不同形式的试件进行了拉伸、压缩、剪切、扭转等实验,并利用金属塑性成形模拟专业软件对实验过程进行数值模拟,对工程中广泛使用的11种韧性断裂准则进行分类对比研究。指出Normalized Cockroft & Latham和Brozzo断裂准则比较适用于高应力三轴度成形过程,而Ayada和Rice-Tracy断裂准则更适用于较低应力三轴度成形过程。