剪切修正GTN模型在小冲杆试验中的应用研究

小冲杆试验作为一种非标准的微试样测试技术,能有效地获取薄板结构的材料参数。而选用合适的损伤模型对准确表征材料变形到断裂的整个过程有着重要影响。基于NAHSHON提出的含剪切修正项的Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)模型,通过有限元软件ABAQUS及用户自定义子程序VUMAT考察不同应力三轴度对断裂失效的影响。采用有限元模拟和拉伸试验获得冷轧硅钢材料的无损伤弹塑性力学参数以及GTN损伤演化模型中的形核参数和临界断裂参数,通过纯剪切试验和数值模拟的对比确定出材料中微孔洞的剪切变形对材料损伤演化的贡献。运用剪切修正的GTN模型对小冲杆试验进行模拟,结果表明,由于修正GTN模型考虑了微孔洞剪切畸变的对材料损伤影响,模拟结果比原GTN模型更接近于试验数据,可更好地应用于小冲杆试验的研究。     

基于Gissmo失效模型的6016铝合金板材断裂行为研究及应用

准确预测金属板材在成形过程中的失效行为是当前面临的挑战。许多试验表明,金属材料的断裂失效行为伴随着强烈的应变路径依赖性。Gissmo失效模型采用非线性方式计算损伤积累,考虑材料的应力状态对断裂失效应变临界值的影响,适用于预测金属材料在不同应力状态下的断裂行为。以汽车用6016铝合金板材为研究对象,设计六种反映材料不同应力状态的试样,通过试验结合有限元仿真对标的方法,校准Gissmo失效模型中的参数。将Gissmo失效模型用于预测铝合金板材汽车发动机罩内板在冲压过程的断裂失效问题,并对数值模型计算结果进行试验验证。结果表明,与传统成形极限图相比,Gissmo失效模型的计算结果与试验结果更加吻合,铝合金汽车发动机罩内板样件均未出现裂纹区域,表明Gissmo失效模型适合用于准确预测6016铝合金板材的断裂行为。     

含缺陷铝合金厚板预拉伸断裂研究

由于材料中存在空洞等缺陷,铝合金厚板在预拉伸过程中易发生断裂,对拉伸设备造成损伤。基于GTN损伤本构方程,建立铝合金板预拉伸断裂模型。基于小试件拉伸断裂试验测试结合数值模拟,确定GTN损伤本构参数,对五种典型厚度铝合金板预拉伸断裂进行研究。计算铝合金板断裂过程中的应力应变及损伤变量的变化规律,并将表面位置和断裂截面位置处的各变量进行对比。结果表明,随着拉伸率的增大,铝合金板由平面应力状态变为应变集中,其部位由正中心位置向边缘偏移,空洞体积分数最大值也由正中心位置转移到应变集中处;随厚度增加断裂应变略有降低,且受初始空洞体积分数的影响较大。通过对不同厚度、不同拉伸率的铝合金板预拉伸分析,得到初始空洞体积分数和初始缺陷尺寸随厚度变化规律。     

6063铝合金在不同应力状态下的变形及损伤行为

用平板拉伸、缺口拉伸、剪切试验结合断口形貌观察及有限元模拟等方法,对6063铝合金在三种不同应力状态下的变形及损伤行为进行了研究.结果表明:在不同应力状态下该合金的变形及损伤行为存在明显的差异,剪切时材料的断裂应变远大于平板和缺口拉伸时的,而缺口拉伸时材料的屈服强度及峰值应力大于平板拉伸时的;平板拉伸时试样为拉剪混合型断裂,断口由一定比例的韧窝和剪切平面组成;缺口拉伸时试样有明显的颈缩,断口以韧窝为主;剪切断口以剪切平面为主;损伤行为的有限元模拟结果与试验结果吻合较好.     

基于GTN模型的汽车座椅调角器失效分析

针对汽车座椅调角器在极限工况下发生的失效现象,通过建立有限元仿真模型的方法,得到各个零件的应力和变形分布,并为进一步的结构优化设计提供指导。其中调角器各个零部件采用弹塑性结合GTN模型的本构关系来描述,通过采用不同的流动应力模型和损伤参数,并与单轴拉伸试验结果对比,得到实际材料的力学参数组合。应用反向分析得到的材料参数赋予各个零部件,并采用显式动力学的方法对调角器进行仿真分析。结果表明滑槽板凸台根部区域出现了断裂剪切带。提出的方法为调角器的结构强度校核提供指导。     

GTN损伤模型对C-Mn钢缺口拉伸试样延性断裂的预测

用GTN(Gurson, Tvergaard, Needleman)损伤模型对不同缺口根半径的C-Mn钢缺口圆棒拉伸试样的延性断裂进行有限元模拟预测.结果表明, 当缺口根半径R≤2 mm时,GTN模型对缺口拉伸时的最大载荷Pm、起裂载荷Pi、断裂载荷Pf和断裂功E的预测值与实验值较为接近.而当R＞2 mm后,预测值与实验值的偏差变大.其原因在于GTN模型是基于微孔洞长大和聚合的延性断裂机理而建立,对于根半径较小,促使孔洞长大的三向应力度较高的缺口试样较为适用.GTN模型预测的三个特征载荷,尤其是表征韧性的断裂功E的值总体上高于实验测定值,并且其预测的延性起裂位置在R≥1 mm时也与实验观察不一致.其原因是GTN模型未考虑实际材料组织中具体的夹杂物/孔洞的尺寸、形态、分布和方位对损伤演化和断裂过程的影响.     

6000系铝合金薄壁结构压缩断裂行为的有限元模拟

针对汽车用6061和6063铝合金薄壁结构,先进行了准静态拉伸试验和180°弯曲试验,得到了铝合金的真应力-真应变曲线;然后采用线性回归拟合的方法建立了铝合金韧性断裂的本构模型,在此基础上,建立了铝合金薄壁结构压缩失效的有限元模型,并通过轴向压缩试验验证了有限元模型的准确性。结果表明:拉伸后,6061铝合金的表面呈橘皮形貌,6063铝合金的表面比较光滑;两种铝合金的断裂均为韧性断裂,6063铝合金具有更好的韧性;6061和6063铝合金的韧性断裂准则参数分别为104.81 MPa和179.91 MPa;有限元预测得到的铝合金薄壁结构的失效行为与试验结果比较吻合,证明了铝合金韧性断裂本构模型的正确性。     

基于Lou-2013韧性断裂准则5182铝板成形极限研究

以Lou-2013韧性断裂准则为理论基础研究5182铝合金板材的韧性断裂力学性能,设计圆孔试件、平面应变试件和平面剪切试件的拉伸试验来获取准则中的材料参数。通过该准则确定"断裂应变?应力三轴度"曲线,为ABAQUS软件中的韧性损伤材料模型提供损伤判据,构建5182铝合金板材的韧性损伤仿真模型。利用此模型对上述三个试件的拉伸过程,以及半球形凸模胀形试验过程进行有限元仿真,并通过数据分析绘制基础拉伸试验与半球形凸模胀形仿真相结合的5182铝合金板材成形极限图。试验与仿真表明,所建立的有限元材料模型能够准确地再现三种试件的力程曲线和断裂特征;通过基础拉伸试验与半球形凸模胀形仿真相结合求解出的成形极限图包含两条曲线:损伤成形极限曲线(Damageforminglimitcurve,Damage FLC)和断裂成形极限曲线(Fracture FLC)。与成形极限试验数据对比表明,采用Damage FLC判定板材破裂失稳偏于安全,为实测成形极限数值的下限,而采用Fracture FLC判定则偏于危险。     

铝合金薄壁方管轴向冲击变形及断裂行为研究

对6016铝合金进行单向拉伸试验,分析不同应变速率对铝合金力学性能的影响,建立了6016铝合金Johnson-Cook本构模型及其断裂应变模型,并对铝合金薄壁方管轴向冲击载荷下的吸能特性进行分析,研究铝合金方管的壁厚、长度和冲击速度对其吸能特性的综合影响。结果表明,铝合金流动应力对应变率敏感性较低,但断裂应变对应变率具有一定的敏感性。在轴向冲击载荷下,铝合金薄壁方管出现渐进屈曲变形,具有较好的吸能特性。但随着厚度、长度和冲击速度的增加,铝合金方管容易出现混合变形模式,吸能特性有所降低。     

基于GTN损伤模型对含边部缺陷硅钢薄板冷轧时边裂的预测

采用拉伸试验和显微组织观测的方法确定了GTN损伤模型中的9个损伤参数,运用GTN损伤模型对冷轧硅钢薄板边部缺陷的扩展及边裂的产生进行了有限元模拟,并与预置缺口的钢板轧制试验进行对比。结果表明:轧制过程中边部缺陷是造成钢板边部裂纹萌生和扩展的一个重要原因,GTN损伤模型可用来预测含边部缺陷硅钢薄板在冷轧过程中边裂的产生;预测结果与试验结果基本一致。     

橡胶衬套材料参数确定及有限元仿真

确定橡胶材料力学性能参数,较高精度地对橡胶部件进行力学特性仿真,对于汽车的操控性和舒适性有着重要的意义。基于汽车行业对橡胶零部件力学性能分析的需要,设计试验方案,对汽车控制臂衬套橡胶材料进行单轴拉伸、单轴压缩、平面拉伸试验;对材料试验中样件差异、预调次数、加载速度、夹持方法等对试验结果的影响进行分析,确定比较完善的橡胶材料试验方案。对试验数据进行处理,拟合获得材料模型参数;进行衬套静刚度试验,并使用获得的模型参数对试验进行仿真。仿真结果与试验符合较好。结果表明,采用的材料力学性能试验方法和参数拟合方法能够较准确地确定橡胶材料的力学性能参数,可为有限元仿真提供可靠的材料模型参数。     

基于响应面法剪切修正GTN模型损伤参数的确定

采用Nahshon-Hutchinson剪切修正GTN损伤模型对小冲杆试验进行有限元仿真。以硅钢板为研究对象,基于有限元仿真和因子试验设计方法,研究了损伤演化参数对小冲杆试验载荷-位移曲线的影响程度,得出影响模拟准确性的关键参数为f_N、ε_N、k_s,并应用响应曲面法确定了这些参数的取值;断裂参数f_c、f_F以小冲杆试验载荷-位移曲线模拟和实验结果对比的方法进行标定。最后,基于不同厚度的小冲杆试样进行实验和模拟结果对比,验证了所确定参数的有效性。     

动力蓄电池包挤压失效仿真与实验

为提高动力蓄电池包挤压仿真的精度,将延性损伤准则引入到有限元仿真,通过单轴拉伸试验、纯剪切试验与缺口件拉伸试验与有限元仿真,获得了某动力蓄电池包结构所用材料6061-T6铝合金的延性损伤参数。型材三点弯曲试验、动力蓄电池包挤压试验与有限元仿真的结果表明：输入延性损伤参数的有限元仿真结果与试验结果误差小,能较为准确地模拟铝合金损伤对结构承载性能的影响;不考虑材料失效的结果与试验结果误差较大。     

基于J-C本构模型的7050铝合金二维切削仿真

采用准确的材料本构模型是建立正确的有限元仿真模型的关键,为了获得面向金属切削加工过程有限元仿真中的J-C本构模型参数,以7050-T7451铝合金为例,对比分析了文献中典型的十二组J-C本构模型参数,利用通用有限元仿真软件ABAQUS进行二维直角切削仿真,并将仿真结果和实验值进行了比较分析,以切削力和切屑厚度为衡量标准推选出了一组最优的7050铝合金J-C本构模型参数,为7050铝合金切削研究中材料本构模型参数的选择提供参考。     

不同材料延性断裂韧性与裂尖拘束的关联及其影响因素分析

基于不同材料、不同几何尺寸试样的延性断裂韧性数据,结合有限元计算,研究得到不同材料的标称化延性断裂韧性Jc/Jref与统一拘束参数Ad之间的线性关联方程,其可用于基于J-Ad二参数法纳入面内/面外统一拘束的结构断裂预测和评定中.进一步基于GTN(Gurson-Tvergaard-Needleman)延性损伤模型的有限元...     

6061-T6铝合金断裂应变与应力三轴度关系研究

研究材料断裂应变与应力三轴度的关系,从而建立其断裂失效模型,对分析6061-T6铝合金断裂失效过程具有重要理论意义和应用价值。分别借助数字图像相关(DIC)测量技术和Abaqus软件对6061-T6铝合金光滑圆棒试件与缺口圆棒试件准静态拉伸过程进行试验和数值模拟,基于所得结果对后者应力三轴度进行分析和修正,从而得到Johnson-Cook(J-C)失效模型的部分材料参数,并建立了6061-T6铝合金断裂应变与应力三轴度的关系模型。将建立的失效模型输入到Abaqus中进行断裂数值模拟,模拟结果与试验结果基本一致,验证了失效模型的正确性。研究表明:6061-T6铝合金的断裂应变随应力三轴度的增加而减小;采用J-C失效模型可以较好的描述6061-T6铝合金在不同应力三轴度下的断裂失效行为。     

基于DIC的铝合金6016成形极限试验研究

基于计算机视觉的应变测量系统对退火态铝合金6016进行了成形极限试验研究,并通过单向拉伸试验得到了材料的基本性能参数,利用这些参数根据Swift分散性失稳理论以及Hill集中性失稳理论预测得到了该材料的成形极限图。试验结果与预测结果对比,表明keeler公式的理论预测结果最为接近试验得到的数据。     

基于GTN模型的20钢孔洞扩张比数值模拟

孔洞扩张比VG可以作为描述钢材损伤时微孔洞演化情况的细观损伤变量,GTN模型可用于金属塑性材料的细观损伤有限元模拟。应用GTN模型模拟20钢圆棒型缺口试件拉伸过程的不同阶段,得到细观损伤参量应力三轴度Rσ、等效塑性应变εp、孔洞体积百分数f及孔洞扩张比VG在试件中心截面的变化规律。结果表明:在整个拉伸过程中,上述参数的数值随着载荷的增加而增大,且εp对VG的影响较大。当试件断裂时,试件缺口截面中心位置的细观损伤参量值大于缺口根部的值,此时20钢的临界孔洞扩张比VGC为3.134。     

6061-T6铝合金MIG焊接头微区拉伸性能表征及接头拉伸性能的有限元仿真

建立了6061-T6铝合金MIG焊接接头微区拉伸性能测试的高精度等效试验方法;采用有限元模拟了焊接过程的温度变化情况,建立了温度与接头各微区拉伸性能的关系;获得了可表征接头各微区材料性能的参数,验证了将接头等效为不同热状态材料所建立的精细模型对接头性能预测的可靠性。结果表明:微区温度场、焊缝熔池形貌和拉伸性能的仿真模拟与试验结果的吻合性较好;采用等效焊接接头的拉伸仿真模拟与试验的峰值力的误差仅为0.1%,断裂失效时的位移误差仅为5.7%,根据温度分布将热影响区网格划分为不同热状态材料可以有效预测焊接接头的拉伸性能。     

微型管拉伸过程的晶体塑性有限元模拟及材料参数拟合

采用晶体塑性有限元模拟微型管件的拉伸试验,通过匹配模拟得到的拉伸曲线和实验得到的拉伸曲线来确定微型管件材料的晶体本构方程的各项参数,为后续的微形管件液压成型工艺的数值模拟提供材料参数,具有重要的工程意义。