一种确定热冲压零件断裂应变的方法技术

本发明专利技术公开了一种确定热冲压零件断裂应变的方法，属于金属塑性成形领域，本发明专利技术要解决的技术问题为如何准确快速低成本的实现热冲压零件在成形和服役过程中的断裂危险位置预测和断裂应变的获取，技术方案为：该方法如下：S1、设计单轴拉伸试样；设计中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样分别表征单轴拉伸、纯剪切、平面应变以及等双轴拉伸的韧性断裂行为；S2、对单轴拉伸试样进行拉伸实验，根据获取的力

【技术实现步骤摘要】
一种确定热冲压零件断裂应变的方法


[0001]本专利技术涉及金属塑性成形领域，尤其涉及利用混合数值
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实验法来获取热冲压零件在成形或服役过程中断裂应变的方法，具体地说是一种确定热冲压零件断裂应变的方法。

技术介绍

[0002]随着人们对汽车低能耗和安全性需求的不断增长，先进高强度钢(AHSS)被广泛应用于汽车工业。先进高强度钢的应用使得车身强度得到保证，允许使用更少的材料，大幅降低车身重量。但是与传统金属不同，高强度钢具有高强度、低延展性的特点，不仅使得零件在成形过程中易发生开裂缺陷，且很容易产生回弹，影响精度。使用热冲压工艺可以提高零件的成形性能，有效控制回弹，提高零件尺寸精度，降低压机吨位。因此它在汽车工业中备受欢迎。
[0003]高强度钢在断裂前没有明显的颈缩现象，且裂纹萌生位置往往位于芯部而不是表面。这些特点给断裂行为的预测工作带来了巨大挑战。随着热冲压工艺的广泛应用，迫切需要一种在热冲压零件在成形或服役过程中，准确直观的找到断裂危险位置，并给出零件断裂应变大小的方法。
[0004]故如何准确快速低成本的实现热冲压零件在成形和服役过程中的断裂危险位置预测和断裂应变的获取是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的技术任务是提供一种确定热冲压零件断裂应变的方法，来解决如何准确快速低成本的实现热冲压零件在成形和服役过程中的断裂危险位置预测和断裂应变的获取的问题。
[0006]本专利技术的技术任务是按以下方式实现的，一种确定热冲压零件断裂应变的方法，该方法步骤如下：
[0007]S1、设计单轴拉伸试样，以获取材料应力应变即硬化特性；同时设计中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样分别表征单轴拉伸、纯剪切、平面应变以及等双轴拉伸的四种应力状态下的韧性断裂行为；
[0008]S2、对单轴拉伸试样进行拉伸实验，根据获取的力
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位移数据，使用非线性曲线拟合确定变形硬化参数，利用反求法外推真实应力应变数据，为有限元模拟分析热冲压零件在成形和服役过程中的大变形提供支撑；其中，变形硬化参数包括应变硬化系数K和硬化指数n；
[0009]S3、使用混合数值
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实验法获得在热冲压成形及其零件服役过程中的中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样的芯部的断裂应变值；
[0010]S4、将中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样的断裂应变及其应力状态作为已知量，通过最小二乘法标定断裂模型参数，构建针对热冲压零件的韧性断裂
曲面；
[0011]S5、配合步骤S4中标定的断裂模型参数将断裂模型改良为韧性断裂模型，将韧性断裂模型使用编程语言编写断裂模型用户子程序，断裂模型用户子程序用于识别韧性断裂模型，利用有限元仿真软件进行仿真计算，对纯剪切到等双轴拉伸应力状态下的断裂行为进行预测，提取结果并与实验获取的力
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位移曲线和断裂位移进行对比，验证标定的韧性断裂模型参数的有效性；
[0012]S6、根据热冲压零件的成形过程或服役过程建立有限元仿真模型，利用步骤S5中编写断裂模型用户子程序进行热冲压零件的断裂行为预测，并根据处理结果即可得知零件的断裂危险位置和断裂应变数值。
[0013]作为优选，所述步骤S1中的单轴拉伸试样是通过电子万能试验机进行轴向拉伸而成；
[0014]单轴拉伸试样、中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样均采用慢走丝线切割加工，以确保试样加工精度。
[0015]更优地，所述中心孔试样、纯剪切试样以及缺口试样是通过电子万能试验机进行轴向拉伸，拉伸力通过电子万能试验机的称重传感器获得，拉伸位移通过数字散斑测量仪(DIC)的虚拟引伸计功能获取；由于热冲压过程中可能会产生氧化皮，氧化皮在大变形下可能会发生脱落的现象，因此单轴拉伸试样、中心孔试样、纯剪切试样以及缺口试样使用砂纸将试样抛光，除去氧化皮后，再将白色哑光漆喷涂到样品表面；白色亚光漆面在空气中干燥3
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5min后，将黑色哑光漆均匀地喷涂在白色底漆表面上，白漆和黑漆的比例为1:1时以保证最好的对比度效果；为了保证油漆韧性，喷漆后的试样需要在1h内完成测试，以防止底漆在干燥后失去韧性，在拉伸过程中发生意外脱落；拉伸过程中的载荷值通过电子万能试验机中的力值传感器实时记录，并将其信号输出至数字散斑测量仪(DIC)并进行合成；拉伸实验开始时，电子万能试验机的力值传感器检测到实时载荷值达到设定值时，数字散斑测量仪(DIC)开始进行图片记录，保证了电子万能试验机和数字散斑测量仪(DIC)同时触发；
[0016]更优地，所述等双轴拉伸试样是通过板材成形试验机实现试样等双轴加载，拉伸力通过板材成形试验机称重传感器获取，拉伸位移通过电子板材成形试验机内置的光栅尺传感器获取；等双轴拉伸试样，板材成形试验机压边力的设置应保证圆形薄板被完全压紧，否则会出现实验结果产生偏差；为了确保韧性断裂的起始点位于试样顶部中心附近，在冲头和试样之间放置一层软硅胶垫，并在硅胶垫与圆形薄板接触的表面涂上高粘度凡士林，保证试样和冲头之间足够的润滑，降低冲头与板材之间的摩擦力对试验的影响。
[0017]更优地，所述步骤S2中的利用反求法外推真实应力应变数据具体如下：
[0018]S201、通过单轴拉伸实验获得材料在颈缩前的真实应力应变数据；
[0019]S202、利用纯剪切试样在大变形下不易颈缩的特点，获得材料更大应变范围的力
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位移数据；
[0020]S203、根据纯剪切试样的力
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位移曲线，外推材料真实应力
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应变曲线输入有限元材料参数，并提取剪切试样在拉伸过程中的应力
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应变曲线，经过迭代获取材料大应变下的本构关系，进而构建弹塑性本构模型。
[0021]更优地，所述步骤S3中的断裂应变值测定在数字散斑测量仪(DIC)中取断裂前一帧的最大等效塑性应变值作为表面断裂应变；
[0022]所述步骤S3中的混合数值
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实验法具体步骤如下：
[0023]S301、提取数字散斑测量仪(DIC)记录的单轴拉伸试样表面应力集中点的应变历史；
[0024]S302、根据单轴拉伸试样的几何尺寸，对中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样进行建模并导入有限元软件；根据实验过程创建有限元分析模型(定义材料属性、载荷、约束等)进行拉伸过程的模拟计算,计算完成后在有限元软件处理中提取中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样与实验对应表面点的应变历史，与实验结果比较，确认有限元模型的准确性；
[0025]S303、获取实验断裂位移下，有限元模型芯部的最大等效塑性应变。得出试样芯部断裂应变。
[0026]更优地，所述步骤S5中的韧性断裂模型是根据热冲压成形和零件服役过程对断裂模型进行改良；热冲压钢在变形过程中，孔洞倾向于沿着最大剪切应力的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定热冲压零件断裂应变的方法，其特征在于，该方法步骤如下：S1、设计单轴拉伸试样，以获取材料应力应变即硬化特性；同时设计中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样分别表征单轴拉伸、纯剪切、平面应变以及等双轴拉伸的四种应力状态下的韧性断裂行为；S2、对单轴拉伸试样进行拉伸实验，根据获取的力
‑
位移数据，使用非线性曲线拟合确定变形硬化参数，利用反求法外推真实应力应变数据；其中，变形硬化参数包括应变硬化系数K和硬化指数n；S3、使用混合数值
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实验法获得在热冲压成形及其零件服役过程中的中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样的芯部的断裂应变值；S4、将中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样的断裂应变及其应力状态作为已知量，通过最小二乘法标定断裂模型参数，构建针对热冲压零件的韧性断裂曲面；S5、配合步骤S4中标定的断裂模型参数将断裂模型改良为韧性断裂模型，将韧性断裂模型使用编程语言编写断裂模型用户子程序，断裂模型用户子程序用于识别韧性断裂模型，利用有限元仿真软件进行仿真计算，对纯剪切到等双轴拉伸应力状态下的断裂行为进行预测，提取结果并与实验获取的力
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位移曲线和断裂位移进行对比，验证标定的韧性断裂模型参数的有效性；S6、根据热冲压零件的成形过程或服役过程建立有限元仿真模型，利用步骤S5中编写断裂模型用户子程序进行热冲压零件的断裂行为预测，并根据处理结果即可得知零件的断裂危险位置和断裂应变数值。2.根据权利要求1所述的确定热冲压零件断裂应变的方法，其特征在于，所述步骤S1中的单轴拉伸试样是通过电子万能试验机进行轴向拉伸而成；单轴拉伸试样、中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样均采用慢走丝线切割加工。3.根据权利要求1或2所述的确定热冲压零件断裂应变的方法，其特征在于，所述中心孔试样、纯剪切试样以及缺口试样是通过电子万能试验机进行轴向拉伸，拉伸力通过电子万能试验机的称重传感器获得，拉伸位移通过数字散斑测量仪的虚拟引伸计功能获取；单轴拉伸试样、中心孔试样、纯剪切试样以及缺口试样使用砂纸将试样抛光，除去氧化皮后，再将白色哑光漆喷涂到样品表面；白色亚光漆面在空气中干燥3
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5min后，将黑色哑光漆均匀地喷涂在白色底漆表面上，白漆和黑漆的比例为1:1；喷漆后的试样需要在1h内完成测试；拉伸过程中的载荷值通过电子万能试验机中的力值传感器实时记录，并将其信号输出至数字散斑测量仪并进行合成；拉伸实验开始时，电子万能试验机的力值传感器检测到实时载荷值达到设定值时，数字散斑测量仪开始进行图片记录。4.根据权利要求3所述的确定热冲压零件断裂应变的方法，其特征在于，所述等双轴拉伸试样是通过板材成形试验机实现试样等双轴加载，拉伸力通过板材成形试验机称重传感器获取，拉伸位移通过电子板材成形试验机内置的光栅尺传感器获取；等双轴拉伸试样，板材成形试验机压边力的设置应保证圆形薄板被完全压紧，否则会出现实验结果产生偏差；在冲头和试样之间放置一层软硅胶垫，并在硅胶垫与圆形薄板接触的表面涂上高粘度凡士林。5.根据权利要求4所述的确定热冲压零件断裂应变的方法，其特征在于，所述步骤S2中
的利用反求法外推真实应力应变数据具体如下：S201、通过单轴拉伸实验获得材料在颈缩前的真实应力应变数据；S202、利用纯剪切试样在大变形下不易颈缩的特点，获得材料更大应变范围的力
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位移数据；S203、根据纯剪切试样的力
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位移曲线，外推材料真实应力
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应变曲线输入有限元材料参数，并提取剪切试样在拉伸过程中的应力
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应变曲线，经过迭...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐炳涛，邬方兴，郭宁，李新生，蔺立元，刘哲，程林，刘永超，毕京华，
申请(专利权)人：金雷科技股份公司，
类型：发明
国别省市：