面向多工序金属板料成形的混合硬化模型

准确预测包括回弹在内的多工序金属板料成形行为意义重大,其中鲍辛格效应是影响预测精度的关键因素.文中提出一种改进的多工序混合硬化模型,其基于YoshidaUemori(Y-U)模型中的双屈服面模型,对每一工序采用带有不同的应变路径影响因子的非线性各向同性硬化公式计算边界面的等效背应力张量.在一项对高强钢DP600的循环拉伸压缩实验中,与其他材料硬化模型相比,Y-U模型和多工序混合硬化模型都能很好地反映出鲍辛格效应,准确地计算应力应变曲线.在多轴向的拉伸压缩实验中,多工序混合硬化模型的预测精度与Y-U模型相比更高.某汽车A柱的多工序成形的数值模拟和实验证明,多工序混合硬化模型在多工序金属板料成形的数值模拟过程中具有更高的回弹预测精度.     

弹塑性回映算法及其在板成形模拟中的应用

结合退化壳单元模型的平面应力条件,给出了弹塑性本构方程应力求解的弹性预测－径向回映算法,用于板料成形的动力显式有限元模拟,利用自行开发的板料成形模拟动力显式有元分析程序VIFORM,对Numisheet′96标准考题S型轨的成形过程进行了模拟,计算结果表明该地算精度高、速度快。     

应力-应变曲线形式对铝合金板料成形极限的影响

为使板料的成形性分析更符合实际,以Marciniak-Kuczynski(M-K)理论为基础,提出了采用应力-应变测量数据预测铝合金板料成形极限的方法.分别采用应力-应变测量数据、幂指数以及多项式拟合曲线三种应力-应变形式对6016-T4和7075-T6铝合金板料的成形极限进行研究.通过单向拉伸实验得到材料的应力-应变数据,构建了不同形式的曲线模型,计算了相应的极限应变,并绘制了板料成形极限曲线.将理论上预测的FLC与胀形实验结果进行对比,结果表明,采用应力-应变测量数据对板料成形极限的预测最好,而常用的幂指数拟合曲线得到的预测结果与实验存在一定的偏差.     

翻边拉深复合变形零件成形过程的数值模拟和实验验证

介绍了静力隐式弹塑性有限元板料成形软件的基本理论和关键技术.在板料成形时,翻边拉深复合变形零件的成形规律比单一拉深变形零件的成形规律更难以预测.采用MSC.Marc软件对翻边拉深复合变形零件的冲压成形过程进行了数值模拟,详细分析了零件关键特征区域材料的应力、应变、厚度分布和成形极限的模拟结果,并将板料厚度的模拟结果与实际测量结果进行了比较.结果表明,应用数值模拟技术可以预测复合变形拉深零件的起皱、破裂、回弹等缺陷,减少反复试验的次数,提高成形零件的质量.     

循环荷载下低屈服点钢材LYP225的力学性能

为了研究低屈服点钢材LYP225的循环本构关系,对18个试件进行单调加载和循环加载,研究其单调曲线、滞回特点、破坏形态等.基于Ramberg-Osgood模型拟合了对称逐级加载下的循环骨架曲线,通过试验滞回数据标定了基于Chaboche模型的等向强化和随动强化参数,并将其输入到Abaqus软件的混合强化模型中,对强化参数的准确性进行验证.结果表明:LYP225钢材的应力-应变关系与加载历史相关;在不同加载制度下LYP225钢材均表现出良好的延性特征;采用Ramberg-Osgood模型能较好地模拟LYP225钢材在循环对称逐级加载下的骨架曲线;将标定的混合强化参数输入到Abaqus软件中,所得结果能准确模拟LYP225钢材的滞回曲线.因此,LYP225钢材在循环荷载下的性能不同于单调荷载,通过试验数据拟合的强化参数可用于整体结构中的地震反应分析.     

非线性组合硬化条件下镁合金板料变形回弹预测

变形回弹作为金属板料成形的主要缺陷之一,如何提高变应变路径条件下的回弹预测精度一直是研究者们面临的难题.本文针对镁合金变形特点,提出了同时考虑同向硬化、动态硬化和屈服圆畸变的本构模型.以0.8mm厚AZ31B镁合金板料为研究对象,施加不同预拉伸后进行弯曲变形试验,观察了不同预变形对回弹规律的影响.同时结合有限元分析ABAQUS-Explicit(Vumat)和ABAQUS-Implicit(Umat)对板料的变形及回弹过程进行模拟仿真,对比试验与模拟结果,验证动态硬化对于镁合金板料变形回弹的重要影响.     

薄壳单元有限元方程及其在板料成形中的应用

基于Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ薄壳理论，采用ＴｏｔａｌＬａｇｒａｎｇｅ描述、Ｊ２型流动理论，建立了三维板料成形过程模拟的有限元模型，井考虑到材料强化、板料厚向异性等材料性能影响因素。根据此模型编制了计算机程序，并对实际零件成形过程进行了模拟。     

薄壁轴向微沟槽铜管高速旋压成形的数值模拟

利用有限元分析软件MSC.Marc建立了简化的1/4旋转对称模型,对薄壁轴向微沟槽铜管的钢球高速旋压成形过程进行模拟,并对成形特征和等效应力应变、残余应力的分布规律进行分析.结果表明:成形过程中,金属回弹效应会导致齿根部出现凹口缺陷;等效应力应变及三向应力应变沿轴向呈层状分布,沟槽管外壁面应力超过材料应力极限导致铜屑产生,且易出现断管现象;沟槽底部的等效应力应变和残余应力大于齿顶与外壁面的应力;过大的残余应力容易造成材料脆化,进而产生裂纹等缺陷.     

薄壳单元有限元方程及其在板料成形中的应用

基于Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ薄壳理论，采用Ｔｏｔａｌ Ｌａｇｒａｎｇｅ描述、Ｊ２型流动理论，建立了三维板料成形过程模拟的有限元模型，并考虑到材料强化、板料厚向异性等材料性能影响因素，根据此模型编制了计算机程序，并对实际零件成形过程进行了模拟。     

右后柱加强板拉深成形优化预测模型的建立

拉深是板料冲压成形的关键工艺,也是最复杂的成形工艺之一.文章将正交试验、人工神经网络和遗传算法结合起来,对板料的成形工艺参数进行优化,建立板料成形工艺参数的优化设计模型,并利用该优化模型最终获得满意的厚度最大变薄率和回弹量.     

FEM simulation of flexible roll forming based on different material models

Flexible roll forming is a new roll forming process that produces parts with variable cross sections. This forming process is proposed to meet the demand of weight reduction of automobile industry. In order to study the mechanisms and material flow rules in this new forming process,the finite element mothod( FEM) model of a nine-step flexible roll forming of an ultra-high-strength steel bumper is established based on deep understanding and reasonable simplification of the process.Given that the material model is an important factor that influences the simulation accuracy,three material models which consist of different yield criteria and hardening models are adopted in the FEM models. Sheet thickness and springback amount calculated with three material models are studied comparatively. According to sheet thickness reduction and springback amounts,it is found that the MKi( Mises yield criterion and kinematic hardening law) model's result is larger than MI( Mises yield criterion and isotropic hardening law) model and HI( Hill's yield criterion and isotropic hardening law) model. Therefore,it is concluded that material models do have influences on the flexible roll forming simulation and need to be determined carefully.     

面心立方金属的基于位错密度的循环本构模型

在晶体塑性理论框架下,建立适用于面心立方金属多晶材料的基于位错密度的循环本构模型.在各向同性硬化律中总位错密度被离散为螺位错和刃位错两部分,考虑了位错增殖、湮灭和相互作用的演化机制,同时采用了修正的非线性随动硬化律,建立单晶的循环本构模型,通过显式尺度过渡准则,把该模型拓展到多晶尺度.应用该模型模拟了典型面心立方结构材料多晶铜的棘轮行为.数值模拟结果表明,该模型不仅可以从多晶尺度模拟材料的棘轮行为和循环硬化特征,还可以从单晶尺度预测不同晶向和不同应力水平下的棘轮行为.     

航空铝合金应变空间弹塑性本构模型

从应变空间表述的塑性增量本构模型一般形式出发,根据航空铝合金等线性强化材料特性建立应变空间弹塑性本构模型。应变空间本构模型所需参数通过应力空间中对应参数转化得到,材料的屈服准则、流动法则、内变量和塑性模量等准则及参量均以应变空间的形式建立,从而构建适合铝合金等线性强化材料的弹塑性增量模型。通过算例计算,证明该模型与应力空间增量本构模型等效。该模型所需计算变量为可在线获得的应变,使应力分析计算大为简化,可以方便地求解应力空间本构模型难以求解的强化材料变形问题。因此特别适合于航空铝合金厚板预拉伸等金属变形加工工艺的应力分析。     

饱和软粘土的不排水动力本构模型

根据动荷载作用下饱和软粘土的各向同性弹塑性损伤理论与多曲屈服面模型,提出了一个能分别考虑各向同性硬化、运动硬化以及压缩和剪切损伤的动力损伤本构模型。将压缩和剪切损伤变量表示为累积塑性偏应变路径长度的函数并基于该损伤变量来建立损伤演化方程。分别考虑压缩损伤和剪切损伤能够反映不排水循环加载条件下软粘土动泊松比的变化过程。最后,将模型引入饱和软粘土地基在不排水条件下的地震反应分析中,以验证模型的有效性。结果表明,模型能合理地描述饱和软粘土地基的动力响应及震陷变形。     

幂硬化材料加载条件的确定及表达

材料在经过一定的塑性预应变后，将产生各向同性强化、随动强化及组合强化。本文介绍了在这三种应变强化形式下加载条件（后继屈服条件）的确定方法，并以不锈钢（１Ｃｒ１８ Ｎｉ ９Ｔｉ）为例，给出了幂硬化材料对应各向同性强化和组合强化两种情况下加载条件的数学表达式。     

热处理状态和工艺顺序对铝型材弯曲回弹的影响

采用实验和数值仿真相结合的方法研究了材料热处理状态和工艺顺序对6063铝型材弯曲回弹的影响规律和机理.结果表明:型材绕弯变形区内外层材料分别为压应力和拉应力起主导作用,中性层附近材料为明显的拉-压两向应力集中区.外力卸载后,中性层存在很大的残余拉应力;挤压态型材经人工时效处理后绕弯成形回弹角将会变大.且随着人工时效时间的延长,内外侧材料最大拉压应力差变大,回弹角逐渐增大;弯曲型材后续经人工时效或电泳烤漆处理,产生二次回弹.且弯曲角度越大,热处理后回弹角会增大.进一步延长人工时效时间,弯曲型材的回弹角基本不变;弯曲型材的三种成形工艺顺序方案中,挤压态型材先经冷弯成形再紧接着进行人工时效和电泳烤漆处理总的回弹角最小.     

旋转圆盘的安定分析

本文给出了幂强化和弹性－幂强化材料旋转圆盘的应力σｉｊ、残余应力σｒｉｊ、应力 强度σｉ以及残余应力强度σｉｒ的计算结果．两种材料的计算结果具有明显的差别。 文中最后讨论了各向同性强化条件和随动强化条件下两种材料旋转圆盘的安定性。     

关于半隐式向后Euler本构积分算法的改进

在相关联流动法则与各向同性强化的条件下,对弹塑性有限元中半隐式向后Euler本构积分算法进行改进,改进后的算法,对较大的时间步长,调整后应力仍能返回到更新的屈服面上,从而加强了算法对时间步长的适应能力。对于特殊屈服准则,如D-P准则,本文算法本质上为半隐式径向返回。最后给出了算例说明。     

基于反双曲正弦函数的循环本构模型

为改善本构模型对循环变形应力-应变滞回环的预测能力，基于反双曲正弦函数提出了一个新的随动硬化律。在该硬化律中，背应力分为长程、中程和短程3部分，并且每部分都符合“A-F”硬化律的演化形式（即包含线性项和动态恢复项）。在长程和中程背应力中，动态恢复系数逐渐演化以描述大变形瞬态包辛格效应，并且系数中引入了棘轮系数以描述材料的棘轮行为；在短程背应力中，线性项和动态恢复项分别由两部分组成，其中一部分只在反向屈服发生时起作用以描述小变形下反向屈服塑性模量降低的行为。在单调加载时，该随动硬化律可以积分为一个反双曲正弦函数，并且调控单调加载响应、棘轮变形演化和滞回环形状的参数互不耦合。基于该随动硬化律，在次弹性大变形框架下建立了循环本构模型，并考察了其对棘轮变形和应力-应变滞回环的预测能力。