成形極限圖的獲取方法與其在金屬板料成形中的應(yīng)用.pdf

1、成形極限圖(Forming limit diagram-FLD)是在金屬板料塑性成形中判斷板料成形成功與失敗的一個(gè)重要判據(jù)。在利用有限元仿真方法進(jìn)行沖壓工藝優(yōu)化、汽車鈑金零件選材等方面有著重要的應(yīng)用。板料成形極限圖的準(zhǔn)確獲得與應(yīng)用非常復(fù)雜，影響因素眾多，針對(duì)FLD的研究仍然存在很多問題：隨著新材料和工藝方法的不斷出現(xiàn)，使得最初的一些試驗(yàn)與理論無法直接應(yīng)用在新的情況下；FLD受加載路徑，應(yīng)變速率，加載溫度等影響因素的研究仍然不夠成熟；FL

2、D在選材等方面的應(yīng)用研究仍然較少?；谝陨蠁栴}，本文以沖壓領(lǐng)域常用的低碳鋼板料和變形鋁合金板料作為研究對(duì)象，圍繞金屬板料成形極限的獲得方法、影響因素及其在板料成形有限元仿真和板料選材領(lǐng)域的應(yīng)用等方面進(jìn)行了理論與試驗(yàn)研究。論文共計(jì)8章，主要完成的內(nèi)容和所取得的成果如下：
　　 (1)通過試驗(yàn)研究了FLD的試驗(yàn)方法與影響因素。通過對(duì)現(xiàn)有試驗(yàn)方法的分析，找出了影響試驗(yàn)結(jié)果的主要因素。通過試驗(yàn)研究了應(yīng)變路徑的獲得方法、極限狀態(tài)的判斷方法

3、、以及試樣形狀與板料各向異性對(duì)FLD試驗(yàn)結(jié)果的影響。為提高板料成形極限試驗(yàn)的準(zhǔn)確性與實(shí)用性提供了重要的參考依據(jù)。
　　 (2)基于Hill-Swift失穩(wěn)理論，M-K失穩(wěn)理論，以及MMFC失穩(wěn)理論的基本原理，利用各向異性屈服準(zhǔn)則和不同的本構(gòu)方程，推導(dǎo)了板料成形極限預(yù)測的數(shù)值迭代計(jì)算方法。通過試驗(yàn)對(duì)一種低碳鋼和一種鋁合金板料進(jìn)行了不同加載路徑下的失穩(wěn)規(guī)律預(yù)測，與理論預(yù)測結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明所建立的FLD預(yù)測程序能夠較為準(zhǔn)確的預(yù)

4、測各種加載路徑下板料的成形極限。
　　 (3)探討了失穩(wěn)現(xiàn)象在基于有限元仿真的板料成形模擬中的表現(xiàn)形式，研究了利用有限元仿真軟件來計(jì)算FLD的原理與方法。通過分析板料塑形成形有限元仿真結(jié)果中板料失穩(wěn)時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變等的變現(xiàn)形式，提出了利用數(shù)值仿真方法計(jì)算板料失穩(wěn)行為的原理與流程。研究了可以用來作為失穩(wěn)行為的判斷準(zhǔn)則及其在有限元仿真軟件中的實(shí)現(xiàn)方法。并對(duì)一種高強(qiáng)度鋼板和鋁合金板料進(jìn)行了仿真與試驗(yàn)，研究了這種預(yù)測方法的實(shí)用性以及失穩(wěn)判斷

5、方法、材料模型等對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。
　　 (4)通過試驗(yàn)研究了基于應(yīng)力和應(yīng)變的FLD路徑相關(guān)性.分析了應(yīng)力成形極限的理論與試驗(yàn)獲得方法及其等效形式。通過對(duì)不同預(yù)加載后的板料進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)，研究了不同加載路徑下的應(yīng)力成形極限的差別。并通過試驗(yàn)對(duì)反向推導(dǎo)得出的結(jié)論，對(duì)應(yīng)力成形極限的路徑相關(guān)性進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明應(yīng)力成形極限的路徑相關(guān)性較應(yīng)變成形極限小，其路徑相關(guān)性是由板料的硬化行為決定的，等向強(qiáng)化條件下板料的應(yīng)力成形極限與加載路徑

6、無關(guān)，而符合隨動(dòng)強(qiáng)化和混合強(qiáng)化模型的板料應(yīng)力成形極限則與加載路徑相關(guān)。
　　 (5)通過試驗(yàn)研究了兩種鋁合金板料AA5182-O、AA7075T6和一種鎂合金板料AZ31B在溫成形條件下的單向拉伸失穩(wěn)行為和成形極限，找出了與材料在室溫下失穩(wěn)規(guī)律的區(qū)別。分析了成形溫度和成形速度對(duì)成形極限的影響。利用材料的單向拉伸數(shù)據(jù)建立了材料溫成形下的材料模型，并通過有限元仿真預(yù)測了這種材料模型下板料的FLD，與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。為了解板料