一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立方法及系统，涉及板材成形极限确定技术领域，包括首先通过单向拉伸试验、平面应变试验和双向等拉试验三种应力状态稳定的试验组合方案来获取包括断裂起始应变和断裂结束应变的断裂准则相关力学变量；然后依据此力学变量和Lou‑Huh韧性断裂准则确定两组断裂参数；最后根据两组断裂参数计算成形极限曲线，绘制具有破裂区、危险区以及安全区的断裂成形极限图。本发明专利技术通过简单易实施的试验手段，结合适用性更强的新理论方法来实现高强铝合金板材的成形极限图的建立，既避免了试验获取成形极限图的繁琐性，又解决了传统理论对高强铝合金板材的不适用性，还有效避免了新理论方法实现过程中存在的典型问题。

A Method and System for Establishing Fracture Forming Limit Diagram of High Strength Aluminum Alloy Sheet

The invention discloses a method and system for establishing fracture forming limit diagram of high strength aluminium alloy sheet, which relates to the technical field of determining the forming limit of sheet metal, including obtaining the relevant mechanical variables of fracture criteria including fracture initiation strain and fracture end strain through three test combination schemes of unidirectional tension test, plane strain test and biaxial isotension test. Then two sets of fracture parameters are determined according to the mechanical variables and Lou Huh ductile fracture criterion. Finally, the forming limit curves are calculated according to the two sets of fracture parameters, and the fracture forming limit diagrams with fracture zone, dangerous zone and safety zone are drawn. The invention realizes the establishment of forming limit diagram of high strength aluminium alloy sheet by simple and easy-to-implement test means and combining with new theory method with stronger applicability, which not only avoids the tediousness of obtaining forming limit diagram by experiment, but also solves the unsuitability of traditional theory to high strength aluminium alloy sheet, and effectively avoids the typical problems existing in the process of realizing the new theory method.

【技术实现步骤摘要】
一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立方法及系统
本专利技术涉及板材成形极限确定
，特别是涉及一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立方法及系统。
技术介绍
随着汽车工业轻量化的持续发展，具有低密度及高强度等优势的高强铝合金板材被广泛应用于汽车生产制造。然而，高强铝合金板材塑性低、成形性能差，改善这类材料的成形性能是一个需要解决的问题，同时，准确地预测该类材料的成形极限同样是一个需要解决的重要问题。成形极限图可以预测和判定金属板材成形过程中的破裂现象，是分析板料成形性能的重要工具。成形极限图的获取通常有试验方法和理论方法。试验方法通过大量的板材试件胀形试验，在不同应变路径条件下获得材料变形的极限应变数据点，将这些数据点绘制在以第一主应变为纵坐标、第二主应变为横坐标的坐标系内，然后连线形成金属板材成形极限曲线。理论方法通过建立可靠的数学模型预测板材塑性变形的极限，从而得到金属板材的成形极限图。对于塑性较好的普通钢板，拉伸断裂前有明显的颈缩现象，建立成形极限图的理论是基于经典弹塑性力学的拉伸失稳理论，比如Swift拉伸失稳理论、Hill拉伸失稳理论、MK模型及其修正模型。然而，高强铝合金板材的拉伸断裂行为异于普通钢板，断裂前没有明显的颈缩现象发生。因此，基于拉伸失稳理论建立该类材料的成形极限图失去了理论依据和有效性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立方法及系统，通过简单易实施的试验手段，结合适用性更强的新理论方法来实现高强铝合金板材的成形极限图的建立，既避免了试验获取成形极限图的繁琐性，又解决了传统理论对高强铝合金板材的不适用性，还有效避免了新理论方法实现过程中存在典型问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立方法，包括：制备三种试验试样；所述试验试样分别为单向拉伸试验试样、平面应变试验试样以及双向等拉试验试样；将三种所述试验试样放置在万能材料试验机上对应进行单向拉伸试验、平面应变试验以及双向等拉试验，得到第一力-位移曲线、第二力-位移曲线以及第三力-位移曲线；所述第一力-位移曲线为将单向拉伸试验试样放置在万能材料试验机上进行单向拉伸试验得到的曲线；所述第二力-位移曲线为将平面应变试验试样放置在万能材料试验机上进行平面应变试验得到的曲线；所述第三力-位移曲线为将双向等拉试验试样放置在万能材料试验机上进行双向等拉试验试样得到的曲线；确定断裂起始位移和断裂结束位移；所述断裂起始位移为力-位移曲线上最大力点对应的位移，所述断裂结束位移为力-位移曲线上完全失载点对应的位移；所述第一力-位移曲线上最大力点对应的位移为第一断裂起始位移；所述第一力-位移曲线上完全失载点对应的位移为第一断裂结束位移；所述第二力-位移曲线上最大力点对应的位移为第二断裂起始位移；所述第二力-位移曲线上完全失载点对应的位移为第二断裂结束位移；所述第三力-位移曲线上最大力点对应的位移为第三断裂起始位移；所述第三力-位移曲线上完全失载点对应的位移为第三断裂结束位移；根据所述第一力-位移曲线，计算弹性模量以及拟合幂函数硬化模型；在有限元软件中，依据所述弹性模量和所述幂函数硬化模型，建立材料力学模型；依据所建立的所述材料力学模型，对单向拉伸、平面应变以及双向等拉的试验过程分别进行有限元仿真，提取三种所述试验试样中心区域分别在所述断裂起始时刻和所述断裂结束时刻对应的等效塑性应变参数；所述等效塑性应变参数包括断裂起始应变、断裂结束应变；将所有所述等效塑性应变参数以及通过三种试验确定的所有的应力三轴度和Lode参数代入Lou-Huh韧性断裂准则表达式，计算三种所述试验试样分别在所述断裂起始时刻和所述断裂结束时刻对应的断裂参数；在主应变空间内，根据所有所述断裂参数计算成形极限曲线；根据所述成形极限曲线，建立断裂成形极限图。可选的，所述根据所述第一力-位移曲线，计算弹性模量以及拟合幂函数硬化模型，具体包括：根据所述第一力-位移曲线，获取工程应力-应变曲线；根据所述工程应力-应变曲线，计算弹性模量和真实应力应变曲线；根据所述真实应力应变曲线拟合幂函数硬化模型的强度系数和硬化指数。可选的，所述依据所建立的所述材料力学模型，对单向拉伸、平面应变以及双向等拉的试验过程分别进行有限元仿真，提取三种所述试验试样中心区域分别在所述断裂起始时刻和所述断裂结束时刻对应的等效塑性应变参数，具体包括：依据所建立的所述材料力学模型，对单向拉伸的试验过程进行有限元仿真，提取所述单向拉伸试验试样中心区域在所述第一断裂起始时刻和所述第一断裂结束时刻对应的第一组等效塑性应变参数；所述第一组等效塑性应变参数包括第一断裂起始应变、第一断裂结束应变；依据所建立的所述材料力学模型，对平面应变的试验过程进行有限元仿真，提取所述平面应变试验试样中心区域在所述第二断裂起始时刻和所述第二断裂结束时刻对应的第二组等效塑性应变参数；所述第二组等效塑性应变参数包括第二断裂起始应变、第二断裂结束应变；依据所建立的所述材料力学模型，对双向等拉的试验过程进行有限元仿真，提取所述双向等拉试验试样中心区域在所述第三断裂起始时刻和所述第三断裂结束时刻对应的第三组等效塑性应变参数；所述第三组等效塑性应变参数包括第三断裂起始应变、第三断裂结束应变；其中，所述等效塑性应变参数包括第一组等效塑性应变参数、第二组等效塑性应变参数和第三组等效塑性应变参数。可选的，所述将所有所述等效塑性应变参数以及通过三种试验确定的所有的应力三轴度和Lode参数代入Lou-Huh韧性断裂准则表达式，计算三种所述试验试样分别在所述断裂起始时刻和所述断裂结束时刻对应的断裂参数，具体包括：根据第一公式计算第一组断裂参数，所述第一组断裂参数包括断裂参数C1s、断裂参数C2s、断裂参数C3s；所述第一公式为：其中，为第一断裂起始应变，为第二断裂起始应变，为第三断裂起始应变；根据第二公式计算第二组断裂参数；所述第二组断裂参数包括断裂参数C1e、断裂参数C2e和断裂参数C3e；所述第二公式为其中，为第一断裂结束应变，为第二断裂结束应变，为第三断裂结束应变。可选的，所述在主应变空间内，根据所有所述断裂参数计算成形极限曲线，具体包括：所述成形极限曲线有两条，分别为第一成形极限曲线和第二成形极限曲线；根据以下公式，采用所述第一组断裂参数，计算第一成形极限曲线，所述公式为根据以下公式，采用所述第二组断裂参数，计算第二成形极限曲线，所述公式为其中，β为应变比，α为应力比，ε1为主应变，ε2为次应变；所述主应变空间为ε1-ε2。可选的，在所述断裂成形极限图内，将所述第一成形极性曲线和所述第二成形极性曲线之间形成的一个带状区域确定为危险区，将所述危险区之上的区域确定为破裂区，将所述危险区之下的区域确定为安全区。一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立系统，包括：试验试样制备模块，用于制备三种试验试样；所述试验试样分别为单向拉伸试验试样、平面应变试验试样以及双向等拉试验试样；力-位移曲线得到模块，用于将三种所述试验试样放置在万能材料试验机上对应进行单向拉伸试验、平面应变试验以及双向等拉试验，得到第一力-位移曲线、第二力-位移曲线以及第三力-位移曲线；所述第一力-位移曲线为将单向拉伸试验试样放置在万能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立方法，其特征在于，所述断裂成形极限图建立方法包括：制备三种试验试样；所述试验试样分别为单向拉伸试验试样、平面应变试验试样以及双向等拉试验试样；将三种所述试验试样放置在万能材料试验机上对应进行单向拉伸试验、平面应变试验以及双向等拉试验，得到第一力‑位移曲线、第二力‑位移曲线以及第三力‑位移曲线；所述第一力‑位移曲线为将单向拉伸试验试样放置在万能材料试验机上进行单向拉伸试验得到的曲线；所述第二力‑位移曲线为将平面应变试验试样放置在万能材料试验机上进行平面应变试验得到的曲线；所述第三力‑位移曲线为将双向等拉试验试样放置在万能材料试验机上进行双向等拉试验试样得到的曲线；确定断裂起始位移和断裂结束位移；所述断裂起始位移为力‑位移曲线上最大力点对应的位移，所述断裂结束位移为力‑位移曲线上完全失载点对应的位移；所述第一力‑位移曲线上最大力点对应的位移为第一断裂起始位移；所述第一力‑位移曲线上完全失载点对应的位移为第一断裂结束位移；所述第二力‑位移曲线上最大力点对应的位移为第二断裂起始位移；所述第二力‑位移曲线上完全失载点对应的位移为第二断裂结束位移；所述第三力‑位移曲线上最大力点对应的位移为第三断裂起始位移；所述第三力‑位移曲线上完全失载点对应的位移为第三断裂结束位移；根据所述第一力‑位移曲线，计算弹性模量以及拟合幂函数硬化模型；在有限元软件中，依据所述弹性模量和所述幂函数硬化模型，建立材料力学模型；依据所建立的所述材料力学模型，对单向拉伸、平面应变以及双向等拉的试验过程分别进行有限元仿真，提取三种所述试验试样中心区域分别在所述断裂起始时刻和所述断裂结束时刻对应的等效塑性应变参数；所述等效塑性应变参数包括断裂起始应变、断裂结束应变；将所有所述等效塑性应变参数以及通过三种试验确定的所有的应力三轴度和Lode参数代入Lou‑Huh韧性断裂准则表达式，计算三种所述试验试样分别在所述断裂起始时刻和所述断裂结束时刻对应的断裂参数；在主应变空间内，根据所有所述断裂参数计算成形极限曲线；根据所述成形极限曲线，建立断裂成形极限图。...

【技术特征摘要】
1.一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立方法，其特征在于，所述断裂成形极限图建立方法包括：制备三种试验试样；所述试验试样分别为单向拉伸试验试样、平面应变试验试样以及双向等拉试验试样；将三种所述试验试样放置在万能材料试验机上对应进行单向拉伸试验、平面应变试验以及双向等拉试验，得到第一力-位移曲线、第二力-位移曲线以及第三力-位移曲线；所述第一力-位移曲线为将单向拉伸试验试样放置在万能材料试验机上进行单向拉伸试验得到的曲线；所述第二力-位移曲线为将平面应变试验试样放置在万能材料试验机上进行平面应变试验得到的曲线；所述第三力-位移曲线为将双向等拉试验试样放置在万能材料试验机上进行双向等拉试验试样得到的曲线；确定断裂起始位移和断裂结束位移；所述断裂起始位移为力-位移曲线上最大力点对应的位移，所述断裂结束位移为力-位移曲线上完全失载点对应的位移；所述第一力-位移曲线上最大力点对应的位移为第一断裂起始位移；所述第一力-位移曲线上完全失载点对应的位移为第一断裂结束位移；所述第二力-位移曲线上最大力点对应的位移为第二断裂起始位移；所述第二力-位移曲线上完全失载点对应的位移为第二断裂结束位移；所述第三力-位移曲线上最大力点对应的位移为第三断裂起始位移；所述第三力-位移曲线上完全失载点对应的位移为第三断裂结束位移；根据所述第一力-位移曲线，计算弹性模量以及拟合幂函数硬化模型；在有限元软件中，依据所述弹性模量和所述幂函数硬化模型，建立材料力学模型；依据所建立的所述材料力学模型，对单向拉伸、平面应变以及双向等拉的试验过程分别进行有限元仿真，提取三种所述试验试样中心区域分别在所述断裂起始时刻和所述断裂结束时刻对应的等效塑性应变参数；所述等效塑性应变参数包括断裂起始应变、断裂结束应变；将所有所述等效塑性应变参数以及通过三种试验确定的所有的应力三轴度和Lode参数代入Lou-Huh韧性断裂准则表达式，计算三种所述试验试样分别在所述断裂起始时刻和所述断裂结束时刻对应的断裂参数；在主应变空间内，根据所有所述断裂参数计算成形极限曲线；根据所述成形极限曲线，建立断裂成形极限图。2.根据权利要求1所述的断裂成形极限图建立方法，其特征在于，所述根据所述第一力-位移曲线，计算弹性模量以及拟合幂函数硬化模型，具体包括：根据所述第一力-位移曲线，获取工程应力-应变曲线；根据所述工程应力-应变曲线，计算弹性模量和真实应力应变曲线；根据所述真实应力应变曲线拟合幂函数硬化模型的强度系数和硬化指数。3.根据权利要求1所述的断裂成形极限图建立方法，其特征在于，所述依据所建立的所述材料力学模型，对单向拉伸、平面应变以及双向等拉的试验过程分别进行有限元仿真，提取三种所述试验试样中心区域分别在所述断裂起始时刻和所述断裂结束时刻对应的等效塑性应变参数，具体包括：依据所建立的所述材料力学模型，对单向拉伸的试验过程进行有限元仿真，提取所述单向拉伸试验试样中心区域在所述第一断裂起始时刻和所述第一断裂结束时刻对应的第一组等效塑性应变参数；所述第一组等效塑性应变参数包括第一断裂起始应变、第一断裂结束应变；依据所建立的所述材料力学模型，对平面应变的试验过程进行有限元仿真，提取所述平面应变试验试样中心区域在所述第二断裂起始时刻和所述第二断裂结束时刻对应的第二组等效塑性应变参数；所述第二组等效塑性应变参数包括第二断裂起始应变、第二断裂结束应变；依据所建立的所述材料力学模型，对双向等拉的试验过程进行有限元仿真，提取所述双向等拉试验试样中心区域在所述第三断裂起始时刻和所述第三断裂结束时刻对应的第三组等效塑性应变参数；所述第三组等效塑性应变参数包括第三断裂起始应变、第三断裂结束应变；其中，所述等效塑性应变参数包括第一组等效塑性应变参数、第二组等效塑性应变参数和第三组等效塑性应变参数。4.根据权利要求3所述的断裂成形极限图建立方法，其特征在于，所述将所有所述等效塑性应变参数以及通过三种试验确定的所有的应力三轴度和Lode参数代入Lou-Huh韧性断裂准则表达式，计算三种所述试验试样分别在所述断裂起始时刻和所述断裂结束时刻对应的断裂参数，具体包括：根据第一公式计算第一组断裂参数，所述第一组断裂参数包括断裂参数C1s、断裂参数C2s、断裂参数C3s；所述第一公式为：其中，为第一断裂起始应变，为第二断裂起始应变，为第三断裂起始应变；根据第二公式计算第二组断裂参数；所述第二组断裂参数包括断裂参数C1e、断裂参数C2e和断裂参数C3e；所述第二公式为其中，为第一断裂结束应变，为第二断裂结束应变，为第三断裂结束应变。5.根据权利要求4所述的断裂成形极限图建立方法，其特征在于，所述在主应变空间内，根据所有所述断裂参数计算成形极限曲线，具体包括：所述成形极限曲线...

【专利技术属性】
技术研发人员：董国疆，朱良金，陈光，杨卓云，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13