单向拉伸颈缩阶段的应力状态及其表达式

单向拉伸试验中,在比例极限内,应力应变关系服从胡克定律．但是,从颈缩开始,其应力应变关系处于复杂应力状态．导出了单向拉伸试验颈缩开始后复杂应力的计算公式．     

铝合金在三种应力状态下的力学性能研究及断口分析

通过对铝合金(6063)进行平板拉伸试验、带缺口的平板拉伸试验及纯剪切试验,研究了铝合金在三种应力下的力学性能.宏观试验结果发现:平板拉伸时的断裂应变大于带缺口拉伸时的断裂应变,而平板拉伸时的屈服应力及峰值应力小于带缺口拉伸时的屈服应力和峰值应力,剪切时材料的断裂剪应变远远大于平板拉伸时的断裂应变.三种应力状态下试样的断口也明显不同:缺口试样根部明显发生了颈缩现象,而且断面上存在着大量的韧窝;平板拉伸几乎没有发生颈缩现象,断面上的韧窝和剪切唇各占一定的比例;纯剪切试样断口上几乎以剪切唇为主.     

热轧双相钢微观应力--应变模型

利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对热轧后双相钢的微观组织进行分析,用Image-Pro Plus软件测定双相钢微观组织中各独立相的体积分数. 根据多相材料中间混合法则和Swift方程,建立热轧双相钢微观应力-应变模型,并用DP590和DP780钢单向拉伸曲线进行验证. 结果表明,该应力-应变关系微观模型基本阐明热轧双相钢微观组织参数与宏观力学性能的内在联系,能够准确地描述材料的变形行为,同时很好地预测热轧双相钢宏观的拉伸曲线.     

双相钢车身板DP780的温热成形本构模型

为了研究双相钢车身板DP780的温热成形力学行为并对温热成形过程进行数值模拟,基于温热拉伸实验,分别获取温度为293、 573、 673、 773、 873 K,应变率为6.67×10~(-4)、 3.33×10~(-3)、 6.67×10~(-3) s~(-1)条件下双相钢车身板DP780的真实应力-应变曲线,并对其进行分析;求解、修正温热状态双相钢车身板DP780的井上胜郎本构模型参数,以单向拉伸模型为例,基于FORTRAN语言将所得材料参数编入ABAQUS软件的VUMAT子程序进行温热拉伸数值模拟。结果表明,所得井上胜郎模型预测值与实验值吻合较好,证明了所求模型的有效性与准确性。     

圆棒试件颈缩的有限元分析

本文用弹塑性大应变问题的等参数有限元分析程序(LEPS程序),对圆棒拉伸试件的颈缩作了较为全面的分析.取得了包括颈部形状、拉伸曲线和颈缩区的应力变分布等资料,这对进一步研究材料的拉伸试验是有益的.     

边部冲裁对双相钢拉伸性能影响的实验研究

为研究边部冲裁对双相钢(DP590、DP780和DP980)拉伸性能的影响,采用冲裁和线切割2种方法制备实验试样.基于MTS793材料试验机,使用非接触式视频应变测量方法,在常温下完成静拉伸实验.通过材料的力学性能曲线,分析原始标距对拉伸性能的影响以及不同断面质量下拉伸试样的力学性能响应、颈缩过程与断口形貌.结果表明:原始标距减小,基本不影响屈服强度、抗拉强度和最大力非比例伸长率,而断裂总伸长率显著增大;冲裁试样与线切割试样在拉伸颈缩段存在较大差别,断裂总伸长率低于线切割试样,且随着冲裁间隙的增大而减小;DP590和DP780冲裁试样在非均匀颈缩和横向裂纹出现后,呈现折线状断口,而DP980冲裁试样则与线切割试样的剪切滑移型断口类似,颈缩时产生显著的剪切带.     

双相钢拼焊板温拉伸晶粒尺寸模型的建立与应用

在形变温度为550 ～700℃、应变速率为0.000 1～0.100 0 s-1范围内,对B340/590DP双相钢拼焊板进行温单向拉伸试验和金相分析试验,研究双相钢拼焊板变形条件和晶粒尺寸之间的关系.基于Z参数建立了双相钢拼焊板母材和热影响区的晶粒尺寸数学模型,研究温拉伸条件下双相钢拼焊板晶粒尺寸的变化规律.结果表明:应变速率越低、形变温度越高,双相钢拼焊扳动态再结晶现象越明显,母材和热影响区晶粒尺寸越大;将该模型导入ABAQUS软件,通过试验和仿真结果比较,验证了所建晶粒尺寸模型的准确性,通过此模型可以预测不同变形条件下双相钢拼焊板母材和热影响区的晶粒尺寸.     

基于有限元逆向优化法识别22Mn B5板硬化模型参数

在车辆碰撞过程的数值模拟仿真中,硬化模型的类型及其表征精度对于分析结果的精度有着直接影响.为了更加科学地选取最优硬化模型并得到其精确参数,本文采用有限元模拟软件与优化软件相结合的有限元逆向优化方法,同时结合热成形22Mn B5高强钢板在不同变形速率下的单向拉伸试验,对Swift、Voce以及Hockeet/Sherby三种硬化模型自动进行参数识别优化,得到了不同应变速率下的最优硬化模型及其相关参数;根据优化得到的硬化模型参数,建立起了不同应变速率下表征材料变形的仿真卡片,用于有限元软件标定22Mn B5高强钢在各个应变速率下的应力-应变曲线以便应用于模拟仿真;结合数字图像相关(DIC)方法对试验数据与优化得到的模拟结果进行对标,发现22MnB5高强钢在硬化阶段的应力值逐渐趋向于某一定值,饱和类的硬化模型对其变形行为的表征精度更高.通过对单向拉伸试验过程的位移-载荷与局部应力-应变进行模拟和对标,发现Hockeet/Sherby硬化模型在各个应变速率下的表征精度均为最高.另外,设计了R5缺口、R20缺口、纯剪以及拉剪4种工况下的拉伸试验,并对所建立的材料卡片进行仿真验证,均得到很好的对标效果.结果表明,所建立的热成形22Mn B5高强钢材料卡片适用性良好,采用有限元逆向优化方法确定硬化模型参数的方法精度高且方便可行.     

钢材在不同应变率下力学性能的试验研究

通过INSTRON拉伸试验机和HTM5020型高速拉伸试验机开展Q235钢材的准静态和高速拉伸试验,研究钢材的动态力学性能.结果表明:Q235钢材为应变率敏感型材料,随着应变率的提高,钢材的屈服强度和极限强度明显提高,钢材的应变硬化特征发生显著变化,其名义屈服强度和名义抗拉强度的动力放大系数与应变率之间满足CowperSymonds模型.基于钢材颈缩前的真实应力应变关系,提出了修正的Johnson-Cook模型,该模型可更合理地描述Q235钢应变率效应与应变硬化效应耦合现象.     

Q420钢材应变硬化与应变率效应的试验

利用INSTRON拉伸试验机和Zwick/Roell HTM5020型高速拉伸试验机对Q420钢材开展了不同应变率下(0.001~288s-1)的单轴拉伸试验,研究应变率效应对钢材力学性能的影响.试验结果表明,Q420钢为应变率敏感型材料,其硬化特征随应变率的提高而变化.采用ANSYS中LSDYNA模块对静力和动力拉伸试验进行仿真模拟,通过逆向反推的方式获得了Q420钢颈缩后的真实应力应变曲线.仿真结果显示,Q420钢材的真实应力应变关系随着应变率的提高,从幂次型的Ludwik准则向指数型的Voce准则转化.为得到更优的动本构模型,在H/V-R本构模型中引入新的应变率准则,以Cowper-Symonds模型中的钢材动力放大系数代替H/V-R本构模型中的线性Wagoner应变率准则.结果显示,修正H/V-R本构模型很好地吻合了试验数据,准确反映了大应变状态下的应变硬化特征和应变率对应变硬化的影响.     

高强度双相钢薄板拉弯成形试验及数值模拟

在不同凸模圆角半径下对800 MPa级双相钢板进行了拉弯成形试验,观察了不同凸模圆角半径下板材极限拉弯深度及板材的断裂位置和断口形貌,对试验结果进行数值模拟,并分析了采用屈服准则Hill、Barlat和BBC的模拟结果.结果表明：对于较大凸模圆角半径（Rp≥2.5 mm）的拉弯试验,在经典成形极限曲线（FLC）判据下,采用Hill准则能够准确预测800 MPa级双相钢板的极限拉弯破裂情况;而对于较小凸模圆角半径（Rp=1.0 mm）的拉弯试验,在FLC判据下,3种屈服准则都无法准确预测双相钢板的破裂情况.     

1 000 MPa级双相钢薄板极限成形性能

基于圆筒拉深试验,获得了1 000 MPa级先进高强度钢拉深时破裂的临界点和极限拉延比(LDR).研究了Hill、Barlat和BBC 3种不同屈服准则的数值仿真效果.结果表明：1 000 MPa级双相钢LDR值为2.07,且Barlat屈服准则模拟结果与实际试验相符.对断口进行扫锚电镜（SEM）观测,发现1 000 MPa级双相钢有别于传统板材,其拉深断裂模式为沿板材厚向45°的韧性切向断裂,无明显颈缩现象.     

基于晶体塑性有限元的多晶铜力学行为研究

通过晶体塑性有限元对Voronoi多晶铜的单调拉伸和循环塑性行为进行数值模拟. 单调拉伸的模拟结果发现多晶体的力学响应与晶粒个数相关;试样在拉伸变形中出现45°方向的滑移剪切带和颈缩. 研究结果表明:多晶铜的对称应变循环可呈现出循环硬化和包辛格效应,导致包辛格效应的主要原因是晶间约束产生的残余应力. 在非对称应力循环载荷作用下,平均应力和应力幅值对多晶铜的棘轮行为有显著影响.     

高强度双相钢板拉弯成形断裂的微观组织形貌分析

引入拉弯比来表征高强度双相钢板在不同凸模圆角半径下的拉弯应力状态,根据不同的拉弯比判定不同的成形断裂模式,在剪切断裂试验平台上进行双相钢板的拉弯试验,并对断裂试样的微观组织形貌进行分析.结果表明:高强度双相钢的剪切断裂属于韧性断裂;凸模圆角半径越小及板料强度越高,板料越容易发生剪切断裂.     

扭转冷作硬化的试验研究

拉伸冷作硬化技术已得到广泛的工程应用。由于拉伸过程中存在颈缩现象,不能充分发挥所有材料的应变强化能力,使其强化效果受到限制。扭转过程中变形是均匀的,可以最大限度地发挥所有材料的强化能力,其强化效果应该比拉伸更显著。本文对中强度的40Cr钢和LY12一CZ铝合金试件所进行的扭转冷作硬化试验结果表明,并非对所有金属材料都是如此,对于具有体心立方点阵结构的金属,其扭转强化能力受到韧—脆转变现象的限制。     

开缝钢板墙等效交叉支撑模型

作为一种用于高层建筑钢结构抗侧力构件,开缝钢板墙已被验证具有良好的滞回耗能能力.在先前的1∶4缩尺开缝组合钢板墙试验中,发现开缝组合钢板墙在循环加载作用下,其极限承载力受循环应变强化的影响.通过足尺开缝组合钢板墙试验进一步验证了循环应变强化效应的存在;基于开缝钢板墙的受力性能,对普通开缝钢板墙和开缝组合钢板墙提出了统一的等效交叉支撑模型和等效支撑的恢复力模型,用于模拟开缝钢板的滞回特性.对4个普通开缝钢板墙试件和3个开缝组合钢板墙试件进行了计算机数值模拟,验证了等效交叉支撑简化模型的合理性.     

Effects of overaging temperature on the microstructure and properties of 600 MPa cold-rolled dual-phase steel

C–Mn steels prepared by annealing at 800°C for 120 s and overaging at 250–400°C were subjected to pre-straining (2%) and baking treatments (170°C for 20 min) to measure their bake-hardening (BH2) values. The effects of overaging temperature on the microstructure, mechanical properties, and BH2 behavior of 600 MPa cold-rolled dual-phase (DP) steel were investigated by optical microscopy, scanning electron microscopy, and tensile tests. The results indicated that the martensite morphology exhibited less variation when the DP steel was overaged at 250–350°C. However, when the DP steel was overaged at 400°C, numerous non-martensite and carbide particles formed and yield-point elongation was observed in the tensile curve. When the overaging temperature was increased from 250 to 400°C, the yield strength increased from 272 to 317 MPa, the tensile strength decreased from 643 to 574 MPa, and the elongation increased from 27.8% to 30.6%. Furthermore, with an increase in overaging temperature from 250 to 400°C, the BH2 value initially increases and then decreases. The maximum BH2 value of 83 MPa was observed for the specimen overaged at 350°C.     

热镀锌双相钢DP590力学特性及其本构模型

通过单轴拉伸试验及液压扩胀试验,分析了热镀锌双相钢DP590准静态条件下力学特性及大应变力学行为,同时利用高速电液伺服试验机及分离式Hopkinson拉杆试验机测试了该材料中高应变率下的动态力学特性.试验数据表明,DP590呈现微弱的各向异性,同时其动态等效应力应变曲线簇具有随应变增加而渐进收敛的特性.在此基础上提出了一个基于YLD2003各向异性屈服准则的混合流动硬化收敛型黏塑性本构模型,并提供了模型参数的识别方法.利用该本构模型对一薄壁管梁结构的轴向冲击试验过程进行了数值模拟,结果表明,采用新本构的仿真模型可以准确模拟试验结果,因而该本构更适用于工程精细仿真的需要.