基于韧性断裂准则的AA5182-O铝板成形极限预测

作     者：王贵开 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：董国疆;郎玉玲

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：铝合金板材 韧性断裂准则 成形极限图 AA5182-O 冲压成形 

摘      要：铝合金板材具有密度小、比强度高以及冲击性能好等优点,被广泛应用于汽车轻量化材料方面,然而在铝合金板材冲压成形实际生产过程中,常常出现破裂失效现象,从而导致成品率降低,成本增高。铝合金板材在断裂前的力学行为与传统钢板有着显著不同,延展性差且断裂前无明显颈缩现象,因此,如何准确有效地预测铝合金板材在成形过程中的成形极限一直是板材成形研究领域的关键问题。为了能够更加准确有效地预测AA5182-O板材在冲压成形过程中的成形极限,本文选取MMC、Lou-2013、Mohr和Huqi四种新型非耦合韧性断裂准则作为理论依据,设计了5种不同形状和缺口的拉伸试样,通过DIC法获取等效断裂应变,采用试验和仿真联合方法获取各韧性断裂准则的材料参数;基于Mises屈服准则对理论成形极限图的表达式进行理论推导,并绘制四种韧性断裂准则的成形极限曲线。分析计算四种韧性断裂准则的理论断裂应变与试验断裂应变的相关系数及平均误差,并对四种韧性断裂准则对AA5182-O板材的预测和精度进行了评价分析。理论与试验研究表明,在单向拉伸-双向等拉应力状态范围内,由DIC法获取的等效断裂应变采用(圆弧+圆孔+杯突)方案求得的Lou-2013韧性断裂准则的断裂参数误差均值最小,仅为3%;采用同样方案求得的MMC、Huqi和Mohr三种韧性断裂准则的断裂参数误差均值分别为:34%、18%和30%。由有限元法获取的等效塑性应变采用(圆弧+圆孔+杯突)方案求得的Lou-2013、MMC、Huqi和Mohr四种韧性断裂准则的断裂参数误差均值分别为:6%、47%、32%和54%。由有限元法获取的等效断裂应变采用(圆弧+圆孔)方案求得的Mohr韧性断裂准则的断裂参数误差均值最大,高为3%;采用同样方案求得的Lou-2013、MMC和Huqi三种韧性断裂准则的断裂参数误差均值分别为:23%、55%和42%。由DIC法获取的等效塑性应变采用(圆弧+圆孔)方案求得的Lou-2013、MMC、Huqi和Mohr四种韧性断裂准则的断裂参数误差均值分别为:13%、47%、25%和58%。基于Lou-2013韧性断裂准则绘制的成形极限图能够较为准确地表征AA5182-O板材的断裂等效塑性应变随应力三轴度的力学变化规律;通过筒形件拉深试验典型板件成形极限预测,试验结果表明Lou-2013能准确预测AA5182-O板材的成形极限。综上所述,基于空洞形核、长大和聚集微观机理建立的Lou-2013韧性断裂准则,用应力三轴度来表征拉伸断裂机制,并假设空洞的长大和连接受两种机制的共同影响,在预测AA5182-O高强板材时能够取得较好的预测结果。而MMC韧性断裂准则在预测AA5182-O板材成形时,预测结果偏于安全;Huqi韧性断裂准则在预测AA5182-O板材成形时,预测结果偏于危险;Mohr韧性断裂准则预测AA5182-O板材成形时,预测结果偏于安全。本文的研究可为AA5182-O高强铝板成形破裂的理论预测模型选择,以及韧性断裂准则参数求解方面提供参考。