【摘要】：近年來,鋁合金等輕質(zhì)金屬材料由于其自身具有的各種優(yōu)點,因此被廣泛的應用于各類工程領(lǐng)域中。該類材料普遍具有較高的強度,并在變形力卸載后會產(chǎn)生相較于普通材料更加明顯的回彈�；貜椬鳛榻饘侔辶纤苄猿尚沃械闹饕毕葜�,嚴重影響了金屬板料制品的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。如何對回彈進行有效的控制及預防,一直是金屬塑性成形領(lǐng)域研究的熱點和難點。因此,有必要深入研究金屬板料的塑性變形機制,對產(chǎn)品成形后的回彈量進行預測,從而采取措施避免或控制回彈,以使零件達到生產(chǎn)要求。板料的回彈主要受到兩點因素的影響:彈性模量和板料卸載前呈現(xiàn)的應力狀態(tài)。材料內(nèi)部的損傷擴展、非彈性回復行為、材料的硬化機理等都可以隨著板料加載路徑的改變而影響到上述兩點因素,從而對材料的回彈產(chǎn)生影響。為提高回彈預測精度,必須以更貼合實際的材料理論模型作為研究基礎(chǔ)。金屬材料到達屈服點后的塑性變形過程中,不僅存在同向硬化和動態(tài)硬化,還會由于塑性變形誘發(fā)各向異性而產(chǎn)生畸變硬化,對最終的應力狀態(tài)產(chǎn)生影響。因此,模擬過程硬化類型的選擇對最終回彈模擬結(jié)果的準確性至關(guān)重要。材料屈服面在經(jīng)歷屈服后的后繼演化規(guī)律也決定了金屬材料硬化過程中應力和應變的演化關(guān)系。同時,屈服面的演化對應變歷史和損傷的擴展規(guī)律非常敏感,加之加載路徑變化時,最終材料內(nèi)部的應力狀態(tài)預測也將變得更加復雜。只有準確掌握金屬材料加載和卸載過程中的彈塑性變形機理,包括材料后繼屈服面的準確描述,才能實現(xiàn)回彈的高精度預測。因此本文基于考慮塑性變形誘發(fā)后繼各向異性的全耦合損傷模型,探討AA7055鋁合金在變應變路徑下的回彈機理。主要研究內(nèi)容如下:本文結(jié)合實驗驗證和有限元仿真分析對金屬板料的回彈進行研究。實驗中,以AA7055鋁合金作為研究對象,為模擬板料沖壓過程,采用先預拉伸后三點彎曲的實驗方法,可以獲得變應變路徑下試件的回彈角度,并對復雜應變路徑下的回彈規(guī)律進行探討。同時,還對鋁合金板料試件實現(xiàn)反復加載-卸載的循環(huán)加載過程,研究不同塑性應變程度的材料彈性模量E的變化規(guī)律,進而通過彈性模量變化研究損傷的演化情況。另外,模擬部分還考慮了塑性變形誘發(fā)各向異性,并實現(xiàn)了與損傷的全耦合關(guān)系,提出全耦合的損傷模型,并將模型引入到Abaqus中,顯式、隱式分析相結(jié)合,對金屬板料變應變路徑下的回彈過程進行有限元仿真。對比實驗和仿真模擬結(jié)果,探討了不同動態(tài)硬化比例、非彈性回復行為、損傷和塑性變形誘發(fā)各向異性等多種因素對變應變路徑下金屬板料回彈的影響規(guī)律。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.21
【圖文】：

屈服點后便開始產(chǎn)生塑性變形能的積累。對于預拉伸后三點彎曲的金屬板料逡逑件，當彎矩卸載后，材料內(nèi)部彈性變形區(qū)域和塑性變形區(qū)域中的彈性部分共逡逑同作用，使板料產(chǎn)生回彈。圖１－１所示為預拉伸后三點彎曲金屬板料變形狀逡逑態(tài)分布示意圖。這里忽略材料變形行為不對稱導致的中性層內(nèi)移行為。因此，逡逑預拉伸的板料進行三點彎曲后，中性層內(nèi)部的材料便會經(jīng)歷拉伸－壓縮的循逡逑環(huán)力學行為。因此，材料變形時一定存在包辛格效應（Ｂａｕｓｃｈｉｎｇｅｒ邋ｅｆｆｅｃｔ），逡逑會使反向加載時的屈服強度減小。圖中所示＼為材料初始屈服強度，巧為逡逑材料經(jīng)過反向加載之后的屈服強度，那么一定有巧＜＇。由于材料屈服的逡逑不對稱，導致材料中性層以內(nèi)塑性變形區(qū)域擴大，而彈性變形區(qū)域減小。逡逑ｙ邋１１逡逑彎曲內(nèi)側(cè)邐預拉伸逡逑＼邐＾２邐Ｉ逡逑＃？邐＇＼＼邐，Ｏｆ邐拉壓逡逑邐邐伸縮逡逑｜ｊ邐中ａ邐＾彎曲逡逑Ｌ邐拉拉逡逑邐－ＸＩＩ邐＼邐逡逑＿彎曲外側(cè)邐彎曲逡逑圖１－１．預拉伸后三點彎曲金屬板料變形狀態(tài)分布示意圖逡逑將鈑金件沖壓變形過程進行簡化

１．２．２影響回彈的主要因素逡逑從理論上來講，金屬板料的回彈角度是由材料的彈性特性和回彈卸載之逡逑前的應力狀態(tài)決定的。如圖１－２所示為材料變形應力－應變曲線示意圖。金逡逑屬材料變形的非彈性回復行為會使材料的彈性模量隨著塑性變形的深入不逡逑斷減小，即圖中角度〃會不斷增大，從而對最終的回彈結(jié)果產(chǎn)生影響。若不逡逑考慮彈性模量的改變，即角度《為定值時，回彈卸載之前的材料應力狀態(tài)直逡逑接影響材料的最終回彈。應力狀態(tài)的差異表現(xiàn)為經(jīng)過復雜應變之后圖中材料逡逑Ａ的不同。如圖所示，％越大則最終卸載后產(chǎn)生的回彈就越大，即圖中Ｚ／＞Ｌ。逡逑金屬板料在塑性沖壓的過程中會產(chǎn)生復雜的塑性變形，由于包辛格效應的存逡逑在會使加載歷史對材料的應力狀態(tài)產(chǎn)生一定的影響，最終產(chǎn)生不可預知的回逡逑彈量。逡逑－－逡逑ＣＴ邐＇一邋一一一邋／邋ｆ逡逑邐ｆＴ］＾逡逑始加載邋／逡逑Ａ邋Ｌ邐Ｕ逡逑／邐反向加載廠：卩逡逑￣包辛格效應￣￣ｌ＾ｙ：邐￥逡逑瞬態(tài)行為邐ｉｗ邋＜°ｔ邋—－動態(tài)硬化逡逑ｔ永久軟化邋Ｘ逡逑＿邋Ｔ．邋邋邋０｝■邋＿？同向硬化逡逑圖１－２．不同硬化類型應力－應變曲線對比示意圖逡逑材料達到屈服之后，進入塑性變形階段的變形演化過程是由材料的硬化逡逑模型決定的，即Ｑ的演化情況是由材料的硬化準則決定的。因此材料的硬逡逑化準則主要描述的是材料后繼屈服面及其演化情況。有研宄表明

圖１－４．邋１１００鋁合金后繼屈服面演化情況Ｍｌ逡逑．３．３變應變路徑下的回彈研究逡逑對于回彈問題研宄，需對板料復雜變形狀態(tài)下的塑性變形過程，才能與真實的生產(chǎn)過程相一致。由于應變路徑的不同，金屬材料的應力狀態(tài)也有較大差異，從而對最終的回彈產(chǎn)生影響。一般采用行為來研究金屬板料的變形行為，對材料的本構(gòu)模型進行驗證。但屬薄板在拉伸之后反向加載的過程中極易失穩(wěn)，會對實驗結(jié)果產(chǎn)生此實驗方法的合理設(shè)計對最終結(jié)論的準確性有很大的影響。逡逑對于金屬板料的拉伸－壓縮實驗，很多學者通過在薄板兩邊增加服薄板壓縮狀態(tài)下失穩(wěn)的問題。Ｙｏｓｈｉｄａ等［３３］和Ｃａｏ等［３４］對板料壓置的夾持部分進行設(shè)計，分別如圖卜５、圖丨－６所示。實驗通過設(shè)結(jié)構(gòu)對一個或多個試件厚度方向上施加壓力來實現(xiàn)夾持固定，以防

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 羅云;蔣文春;楊濱;王炳英;;材料強化模型對回彈計算模擬精度的影響[J];機械強度;2015年03期

2 陳志英;劉林強;董湘懷;;基于不同強化模型的GTN損傷模型及其在板料回彈有限元分析中的應用[J];工程力學;2012年07期

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 姜慧;三維紡織復合材料增強相RVE的有限元建模[D];蘭州理工大學;2012年

本文編號：2748696