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韧性断裂准则参数标定及其在DP590中的应用

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哈尔滨工业大学学报 2021年第1期53卷 63-69页

作者：张赛军李康镇张昆周驰华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640

为研究DP590高强钢板材的韧性断裂力学性能,以DF2012韧性断裂准则为理论基础,设计6种包含不同应力状态的拉伸试样来获取材料的塑性流动和断裂参数,采用一种实验-模拟混合方法标定韧性断裂准则的参数.准确地描述材料发生断裂前的塑性行... 详细信息

为研究DP590高强钢板材的韧性断裂力学性能,以DF2012韧性断裂准则为理论基础,设计6种包含不同应力状态的拉伸试样来获取材料的塑性流动和断裂参数,采用一种实验-模拟混合方法标定韧性断裂准则的参数.准确地描述材料发生断裂前的塑性行为是韧性断裂准则参数标定的关键,以新提出的各向异性Drucker屈服准则和一种修正的Voce硬化准则表征DP590的塑性行为,使用Fortran语言将该本构模型编译为VUMAT子程序嵌入ABAQUS仿真软件中进行试样的拉伸模拟.实验和模拟对比表明,所构建的本构模型可以准确地预测不同试样沿着轧制方向各个角度的力程曲线.在拉伸实验和标定的本构模型基础上,标定DF2012韧性断裂准则的参数并构建DP590在应力三轴度和断裂应变二维空间中的断裂轨迹.与3种经典的韧性断裂准则Cockcroft-Latham、Clift和Rice-Tracey进行比较,使用Fortran语言将DF2012韧性断裂准则和本构模型一起嵌入ABAQUS仿真软件对不同试样的断裂进行模拟,结果表明:基于实验-模拟混合法标定的DF2012韧性断裂准则能够合理地构建DP590的断裂轨迹曲线和准确地预测不同应力状态下拉伸试样断裂的发生.

关键词：韧性断裂准则本构模型 DP590 高强钢参数标定实验-模拟混合法

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韧性断裂准则参数的3种不同标定方法

锻压技术 2017年第5期42卷 113-118页

作者：孟烨晖庄新村赵震上海交通大学模具CAD国家工程研究中心上海200030

韧性断裂准则可用于金属塑性成形过程中韧性断裂的判据,但预测的准确性依赖于准则参数的有效标定。在目前常用的基于试验与模拟的反求分析法以及曲面拟合法的基础上,给出了一种断裂阈值积分求解的标定方法。利用一系列宽应力三轴度范围... 详细信息

韧性断裂准则可用于金属塑性成形过程中韧性断裂的判据,但预测的准确性依赖于准则参数的有效标定。在目前常用的基于试验与模拟的反求分析法以及曲面拟合法的基础上,给出了一种断裂阈值积分求解的标定方法。利用一系列宽应力三轴度范围内的试验结果,分别采用上述3种标定方法进行了L-H韧性断裂准则的参数求解,并对3种标定方法进行了对比分析,给出了各自的优缺点。由对比结果可知:相比于反求分析法,断裂阈值积分求解的标定方法和曲面拟合法可以改善求解效率;损伤阈值积分求解的标定方法相比于曲面拟合法而言,精度有所提高。

关键词：韧性断裂准则应力三轴度反求分析法断裂阈值曲面拟合法

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X80管道钢韧性断裂准则对比

塑性工程学报 2023年第10期30卷 205-211页

作者：朱学铭吕志阳帅健肖世轩曲琳中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 应急管理部油气生产安全与应急技术重点实验室北京102249

为探究高钢级管材的断裂力学性能,将韧性断裂准则应用于管道钢的断裂失效评价中。设计了4类5种不同应力集中系数的X80管道钢拉伸试样来获取材料的基本力学性能参数和断裂应变,采用Ramberg-Osgood模型表述材料硬化效应,运用ABAQUS软件显... 详细信息

为探究高钢级管材的断裂力学性能,将韧性断裂准则应用于管道钢的断裂失效评价中。设计了4类5种不同应力集中系数的X80管道钢拉伸试样来获取材料的基本力学性能参数和断裂应变,采用Ramberg-Osgood模型表述材料硬化效应,运用ABAQUS软件显示模块构建试样的对称有限元模型,进而使用实验-模拟混合法对实验中难以获取的应力三轴度和Lode参数进行提取,选取其中3种试样数据分别对3种断裂准则的断裂参数进行标定,用其余2种试样数据和构建材料断裂轨迹图来对不同准则的预测效果作进行对比分析。结果表明,采用实验-模拟混合法对不同应力集中系数试样的数据提取可以用于断裂准则的参数标定;DF2014韧性断裂准则对不同应力状态下的断裂行为预测更为准确和灵活,其损伤评价模型能够用于高强管道钢的韧性断裂预测。

关键词： X80管道钢韧性断裂准则实验-模拟混合法损伤累积参数标定

韧性断裂准则及损伤模型在冲裁有限元模拟中的应用研究

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锻压技术 2015年第6期40卷 28-33页

作者：刘倩韩静涛刘靖王晓雄北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

在冲裁有限元模拟中,韧性断裂准则的选择会对冲裁件断面质量与尺寸精度产生很大影响。为了获得符合实际的模拟结果,进而优化冲裁工艺,重点研究了一些常用的韧性断裂判定依据,并从物理学角度阐述了韧性断裂机制。基于试验的韧性断裂准则... 详细信息

在冲裁有限元模拟中,韧性断裂准则的选择会对冲裁件断面质量与尺寸精度产生很大影响。为了获得符合实际的模拟结果,进而优化冲裁工艺,重点研究了一些常用的韧性断裂判定依据,并从物理学角度阐述了韧性断裂机制。基于试验的韧性断裂准则,考虑了变形历史中的应力应变关系,使用由反求法确定的临界值来判定韧性断裂的发生与否。基于连续损伤力学建立的损伤模型,考虑了变形过程中损伤累积对材料本构关系的影响,能够更准确地描述断裂过程。此外,还分析了冲裁有限元模拟中的关键技术,如采用任意拉格朗日欧拉方法来解决网格畸变问题,使用单元分裂、单元分离与单元删除等技术来处理裂纹的萌发与扩展。探讨了目前韧性断裂模拟中存在问题以及未来发展方向。

关键词：有限元模拟冲裁韧性断裂准则损伤模型

韧性断裂准则在复杂加载塑性成形过程中的适用性研究

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韧性断裂准则在复杂加载塑性成形过程中的适用性研究

作者：马艳上海交通大学

学位级别：硕士

随着塑性流动理论以及塑性成形规律的日臻完善,金属塑性加工技术已在国内外制造业领域中占据重要位置。材料的开裂作为金属塑性成形中最常见的失效模式而备受关注,成形过程中的断裂预测也成为塑性加工领域热点研究课题。近年来,众多断... 详细信息

随着塑性流动理论以及塑性成形规律的日臻完善,金属塑性加工技术已在国内外制造业领域中占据重要位置。材料的开裂作为金属塑性成形中最常见的失效模式而备受关注,成形过程中的断裂预测也成为塑性加工领域热点研究课题。近年来,众多断裂预测模型被相继提出。其中,非耦合韧性断裂准则由于其函数形式简单,参数标定简单易行,所得精度能满足工业生产要求,因而得到了更为广泛的应用。一方面,依赖于数值模拟技术,有限元仿真成为了材料加工过程中进行失效分析的有效工具,准确的断裂准则及材料硬化模型对模拟预测精度的保证至关重要。另一方面,针对单调加载条件的断裂预测研究已取得突破性进展。然而,很多适用于单调加载条件的断裂准则在用于复杂加载工况时预测精度仍有所不足,因此针对变路径加载条件下的断裂预测仍需进一步完善。对此,本文设计了一系列变路径加载试验,确定了实验材料的硬化模型,并辅以相应的数值模拟。基于实验与模拟相结合的方式,对非耦合断裂准则DF2012的适用性进行了评估;在此基础上,对该准则作了修正和拓展,并进行了实验验证。主要内容如下:（1）AA2024材料硬化模型参数的确定。根据单轴等应变拉-压循环试验的应力-应变滞回曲线获得了Chaboche混合硬化模型的随动规律,并结合光滑圆棒料单拉试验确定了适用于大应变-变路径加载条件下的Chaboche混合硬化模型参数;采用Swift模型外推了AA2024流动应力曲线,用以对比不同硬化模型对断裂预测精度的影响。在此基础上,基于一系列扭-拉、压-扭复合加载试验,分析了变路径加载工况在不同硬化模型假设下的材料硬化行为。（2）非耦合韧性断裂准则DF2012在复杂加载工况下的适用性评估。对比了积分形式损伤累积模型及基于疲劳的损伤累积模型的预测能力。接着,分析了预加载对断裂极限的影响,通过引入预应变项对韧性断裂准则予以修正,可改善该准则对于起裂点的预测精度。（3）综合基于应力的断裂极限准则以及基于疲劳的损伤累积方式的特点,构建了混合应力-应变断裂预测模型,给出了该模型的理论预测方法及参数影响规律,并将该模型应用于11组变路径加载实验进行模型验证。研究发现,混合应力-应变断裂预测模型可以消除应变历史的影响,提升复杂变路径加载条件下的预测精度。

关键词：韧性断裂准则混合硬化模型变路径加载损伤累积应变路径断裂极限

韧性断裂准则在超高强钢辊弯成形工艺中的应用

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塑性工程学报 2012年第4期19卷 16-20页

作者：王在林韩飞刘继英艾正青北方工业大学机电工程学院北京100144

对某牌号的超高强钢进行拉伸、弯曲、V型件辊弯成形试验,对比常用的6种韧性断裂准则,得出这6种韧性断裂准则均不能给出一个适用于板料各种工艺下断裂的固定临界值。根据辊弯成形工艺特点,采用Brozzo韧性断裂准则,预测相对弯曲半径R/T=2... 详细信息

对某牌号的超高强钢进行拉伸、弯曲、V型件辊弯成形试验,对比常用的6种韧性断裂准则,得出这6种韧性断裂准则均不能给出一个适用于板料各种工艺下断裂的固定临界值。根据辊弯成形工艺特点,采用Brozzo韧性断裂准则,预测相对弯曲半径R/T=2下的超高强钢辊弯成形的破裂现象。预测结果与实验结果表明,Brozzo韧性断裂准则可以应用于超高强钢辊弯成形中。

关键词：辊弯成形韧性断裂准则超高强钢有限元

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韧性断裂准则的参数标定方法及其适用性研究

韧性断裂准则的参数标定方法及其适用性研究

作者：孟烨晖上海交通大学

学位级别：硕士

在工业生产过程中,材料由于承受大应力和大变形而产生起裂,因此通过数值模拟方法预测材料在成形过程中的起裂位置、起裂时刻以及裂纹扩展的方式越来越受到人们的重视。数值模拟结果的准确性依赖于所选取的韧性断裂准则。由于可移植性好... 详细信息

在工业生产过程中,材料由于承受大应力和大变形而产生起裂,因此通过数值模拟方法预测材料在成形过程中的起裂位置、起裂时刻以及裂纹扩展的方式越来越受到人们的重视。数值模拟结果的准确性依赖于所选取的韧性断裂准则。由于可移植性好,很多韧性断裂准则都已经被植入各主流的商业有限元软件中,使用者通过输入模型参数即可使用。而一般的韧性断裂准则往往存在众多参数,不同的参数所得到的模拟结果截然不同。模型参数确定需要通过一系列的不同应力状态的试验结果得到,但是所需要的应力状态变量在试验过程中并不是一个定值,因此有学者引入了平均值的计算方法来便于进行参数的标定。不过目前还没有人评估过,该计算方法确定的参数是否会对韧性断裂准则的使用引入新的误差。因此研究韧性断裂准则的参数标定方法及其适用性对于有限元数值模拟的应用具有重要意义。为了评估使用平均值变量带来的误差,本文引入一系列的宽应力三轴度的试验,并提取了试验模拟的初始起裂点的断裂相关状态变量,如应力三轴度、罗德参数和等效断裂应变。在此基础上,计算了初始起裂点的平均应力三轴度和平均罗德参数,并利用L-H韧性断裂准则来评估使用平均值变量带来的误差,同时引入了一个相对误差公式来标定该误差。通过比较每组试验计算的累积损伤值和临界阈值,得到了使用平均值变量所引入的相对误差。研究发现,在压缩试验中,该相对误差值较大。且对于不同的试验,参数值C和C对引入相对误差值的影响也是不尽相同的。因此为了深入探究平均值变量引入的误差受到哪些因素的影响,针对韧性断裂准则中存在的变量,如参数值C和C、应力三轴度与等效应变的函数类型以及被积函数类型,建立了一系列的以不同应力三轴度与等效应变的函数类型为基础的研究。应力三轴度与等效应变的函数对引入相对误差的影响,即分段函数的指数a、应力三轴度截距值以及等效应变分段值对引入相对误差的影响。研究发现,参数C、应力三轴度与等效应变函数的指数a和应力三轴度截距值,会对相对误差的增加产生较大影响。对韧性断裂准则的参数进行标定的时候,在目前常用的基于试验与模拟的反求分析法以及曲面拟合法的基础上,给出了一种断裂阈值积分求解的标定方法。利用一系列宽应力三轴度范围内的实验结果,分别采用上述三种标定方法进行了L-H韧性断裂准则的参数求解,并对三种标定方法进行了对比分析,给出了各自的优缺点。由对比结果可知:相比于反求分析法,断裂阈值积分求解的标定方法和曲面拟合法可以改善求解效率;损伤阈值积分求解的标定方法相比于曲面拟合法而言,精度有所提高。针对目前没有韧性断裂准则可以很好的适用到宽应力三轴度范围,且目前对韧性断裂准则的推广都局限于适用于高应力三轴度的准则向低负应力三轴度适用的推广,本文对考虑变化应力三轴度截止值的L-H韧性断裂进行了宽应力三轴度范围的推广。通过考虑高应力三轴度状态下的损伤机理以及高应力三轴度向低应力三轴度的损伤转变,提出了推广的L-H韧性断裂准则及公式。然后再通过有限元模拟所引用的一系列试验,证明在引用的宽应力三轴度范围之内,推广的L-H韧性断裂准则具有较好的预测性和准确性。经过构建损伤曲面和分析得知,低负应力状态的试验数据点,以及圆棒拉伸试验和缺口圆棒拉伸试验所在的高应力三轴度、低罗德参数范围的试验数据点与损伤曲面吻合性较好。而由于引入试验的数据不够全面,在双拉试验所在的高应力三轴度、高罗德参数范围,损伤曲面描述与实际情况存在一些偏差。

关键词：韧性断裂准则应力三轴度断裂阈值误差评估

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高强度双相钢板韧性断裂准则参数研究

机械强度 2023年第6期45卷 1474-1482页

作者：马春辉张殿平贡泽飞刘兴峰宋辉李迪中国重型汽车集团济南动力有限公司济南250101 山东理工大学交通与车辆工程学院淄博255000

为预测不同高强钢板料的韧性断裂失效,通过设计四种高强钢的拉伸、剪切和破裂失效试验,标定了韧性断裂准则的损伤参数;将试验和数值模拟相结合建立了损伤参数与材料属性之间的关系,以减少标定韧性断裂准则损伤参数的困难。为验证该准则... 详细信息

为预测不同高强钢板料的韧性断裂失效,通过设计四种高强钢的拉伸、剪切和破裂失效试验,标定了韧性断裂准则的损伤参数;将试验和数值模拟相结合建立了损伤参数与材料属性之间的关系,以减少标定韧性断裂准则损伤参数的困难。为验证该准则在不同应力三轴度下预测高强钢断裂失效的普适性和准确性,通过剪切、拉弯、胀形试验和数值模拟,表明该韧性断裂准则能较好地预测不同先进高强钢的断裂失效。

关键词：高强双相钢韧性断裂准则应力三轴度参数标定数值模拟

基于神经网络和遗传算法的板材韧性断裂准则参数优化及成形极限预测

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中国有色金属学报 2021年第2期31卷 419-432页

作者：董国疆陈志伟赵长财李潇逸杨卓云燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室秦皇岛066004 燕山大学河北省特种运载装备重点实验室秦皇岛066004

为有效预测AA7075-T6板材变形破裂问题,设计10种不同应力状态的板材拉伸试样,通过方程组法获取BP神经网络的样本数据,建立基于神经网络与遗传算法(BP+GA法)的韧性断裂准则参数预测模型,并依据方程组法最优试样组合方案以及优化后的断裂... 详细信息

为有效预测AA7075-T6板材变形破裂问题,设计10种不同应力状态的板材拉伸试样,通过方程组法获取BP神经网络的样本数据,建立基于神经网络与遗传算法(BP+GA法)的韧性断裂准则参数预测模型,并依据方程组法最优试样组合方案以及优化后的断裂参数,绘制AA7075-T6板材成形极限曲线。通过缺口试样误差评估比较方程组法和BP+GA法的断裂预测精度,并应用半球形刚模胀形试验对方程组法和BP+GA法两种断裂参数标定方法绘制的成形极限曲线(FLC)进行验证。结果表明:方程组法筛选后的最佳试样组合方案接近于BP+GA法搜索得到的全局最优解;通过BP+GA法绘制的AA7075-T6板材理论成形极限曲线为成形极限实测数据点集的下轮廓,预测结果趋近安全;而缺少平面应变至双向等拉区域的试验样本导致理论FLC产生较大差距,从而反映了Lou-Huh准则参数求解对测试试样应力状态具有较高的敏感性。研究结果为高强铝板断裂理论参数分析和成形极限预测提供了借鉴和数据依据。

关键词：韧性断裂准则 BP神经网络遗传算法高强铝板成形极限预测