車用6016鋁合金沖壓仿真研究.pdf

1、當(dāng)前，汽車輕量化已成為汽車行業(yè)發(fā)展的潮流，鋁合金由于其質(zhì)輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用最廣泛的輕量化材料之一。但由于鋁合金本身成形性比鋼板較差，加之覆蓋件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致成形過(guò)程中易出現(xiàn)起皺、破裂等問(wèn)題，因此在鋁合金板料的成形過(guò)程設(shè)計(jì)中，考慮其結(jié)構(gòu)在大變形條件下可能發(fā)生的損傷失效行為尤為重要。本文以6016鋁合金材料為研究對(duì)象，借助LS-DYNA材料庫(kù)二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)（User-defined material），編寫了包含材料各向異性

2、的GTN損傷模型材料子程序，從而建立了適合進(jìn)行細(xì)觀損傷分析的精細(xì)化本構(gòu)模型，并結(jié)合有限元分析技術(shù)，深入研究了6016鋁合金材料在沖壓過(guò)程中的損傷演化和韌性斷裂過(guò)程，為今后6016鋁合金的沖壓過(guò)程設(shè)計(jì)提供了有價(jià)值的參考。
　　本文主要工作及結(jié)論如下：
　?。?）首先，本文對(duì)GTN模型的基本理論及其數(shù)值方法進(jìn)行了介紹，并引入Hill’48各向異性屈服準(zhǔn)則，借助LS-DYNA自定義材料子程序接口，建立了相應(yīng)的VUMAT子程序，并驗(yàn)

3、證了子程序的正確性。隨后，通過(guò)圓杯件拉深算例，研究了各向異性對(duì)板料沖壓仿真結(jié)果的影響，結(jié)果表明：各向異性對(duì)材料的宏觀力學(xué)行為及損傷演化都存在較大影響；
　?。?）由于GTN損傷參數(shù)較多，為避免盲目取值，本文以平板拉伸樣件為例，研究了各GTN參數(shù)及網(wǎng)格尺寸對(duì)仿真結(jié)果的影響規(guī)律，結(jié)果表明：①f N、?N與sN三個(gè)參數(shù)對(duì)孔洞損傷演化過(guò)程有很大影響，改變其參數(shù)值對(duì)仿真載荷-位移曲線影響較大；② fc與?兩個(gè)參數(shù)只影響損傷最后階段，當(dāng)其值變

4、化不大時(shí)，對(duì)載荷-位移曲線影響較小，但對(duì)樣件斷裂形式及斷后頸縮量有顯著影響；③網(wǎng)格尺寸對(duì)平板拉伸樣件仿真斷裂形式及斷后頸縮量存在較大影響，當(dāng)網(wǎng)格尺寸減小至0.2mm時(shí)，計(jì)算結(jié)果已趨于穩(wěn)定，繼續(xù)減小尺寸，所得裂紋更加精細(xì)。
　?。?）為獲取6016鋁合金材料的GTN參數(shù)，對(duì)6016鋁合金進(jìn)行了材料拉伸實(shí)驗(yàn)，分別采用傳統(tǒng)有限元反向標(biāo)定法（僅以實(shí)驗(yàn)載荷-位移曲線作為唯一評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)），和在此基礎(chǔ)上新增樣件斷裂方式及斷后頸縮量作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，確

5、定了2組GTN參數(shù)。通過(guò)對(duì)比兩組仿真結(jié)果得出：①只以載荷-位移曲線作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)所確定的GTN參數(shù)不具有唯一性，不一定能準(zhǔn)確的反映出材料實(shí)際的斷裂失效情況；②新增樣件斷后頸縮量和斷裂角度兩項(xiàng)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)所確定的GTN參數(shù)不僅能使仿真載荷-位移曲線與實(shí)驗(yàn)載荷-位移曲線很好的吻合，還能準(zhǔn)確的反映出樣件的實(shí)際斷裂情況；
　　（4）最后，分別采用Hill’48-GTN模型和Mises-GTN模型及不同網(wǎng)格尺寸對(duì)6016鋁合金杯突沖壓過(guò)程進(jìn)行了仿