汽車輕量化板材溫熱變形本構(gòu)積分算法研究.pdf

1、目前，熱成形和溫成形作為新型的成形工藝為汽車工業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排發(fā)揮了重要的作用，引起了國內(nèi)外廣泛的研究和關(guān)注。高強度鋼板的熱成形是一種將傳統(tǒng)的冷成形和熱鍛技術(shù)相結(jié)合的新型制造工藝，成形過程較為復(fù)雜，包括了加熱，成形，淬火等多個關(guān)鍵的工藝流程。溫成形則多用于鋁鎂合金的零部件生產(chǎn)當中，成形溫度在板料再結(jié)晶溫度以下。經(jīng)過熱成形工藝生產(chǎn)的高強度鋼結(jié)構(gòu)件及其它零部件具有強度高、成形性好、回彈小等諸多優(yōu)點，在實現(xiàn)車身減重的同時又保證了其碰撞的安全性。

2、
　　相對于傳統(tǒng)的冷成形工藝流程，溫度的引入對材料在成形過程中力學性能的變化起到了關(guān)鍵的影響作用，是典型的熱力耦合問題。又因金屬材料的塑性變形依賴其自身的微觀晶體結(jié)構(gòu)，為了更物理地描述材料的力學行為，所建立的本構(gòu)模型及其積分算法要體現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)的影響，以便為熱成形的仿真提供更為精確和合理的模型。本文基于晶體塑性理論并結(jié)合熱力學原理，建立了熱力耦合的本構(gòu)積分算法模型，并針對熱成形過程中的應(yīng)變、應(yīng)變率、溫度以及變溫速率等影響因素進行了研

3、究，主要工作有:
　　1.首先介紹了有關(guān)溫熱成形和晶體塑性的研究進展，主要對熱力耦合的計算模型、汽車輕量化板材溫熱成形的本構(gòu)模型以及晶體塑性算法的實施等方面進行了介紹。對率相關(guān)晶體塑性模型做了系統(tǒng)的介紹，重點分析了模型數(shù)值求解過程中由于剪切應(yīng)變率自身表達式所造成的高階非線性的處理方式。
　　2.建立了單晶有限變形下的熱力耦合計算模型。以晶體塑性理論為基礎(chǔ)，在描述單晶運動學的總體變形梯度乘式分解當中引入溫度變形梯度的作用，即在

4、初始構(gòu)形和塑性卸載構(gòu)形之間引入熱膨脹之后的卸載構(gòu)形以反映溫度變化的歷史。同時結(jié)合熱力學原理，分別以彈性變形梯度和塑性變形梯度為基本變量建立了兩種隱式的計算模型。模型采用Newton-Raphson方法進行求解以保證計算過程的穩(wěn)定。以單晶1100Al為算例，計算了不同加載方向、各向異性、不同溫度等因素對材料等效應(yīng)力-等效應(yīng)變響應(yīng)的影響。依據(jù)上述的理論基礎(chǔ)，采用向前歐拉的方法建立了相應(yīng)的顯式計算模型。
　　3.對高強度鋼板22MnB5

5、在等溫以及變溫條件下進行了熱拉伸實驗研究。等溫拉伸實驗研究了溫度在600-900℃范圍內(nèi)，不同應(yīng)變率作用下的材料應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)。變溫條件下，將22MnB5從900℃開始降溫，冷卻到不同的溫度下開始加載，在降溫的同時進行拉伸測試，主要研究材料在該熱力耦合過程中的力學行為。
　　4.根據(jù)建立的單晶計算模型利用均勻化方法建立了相應(yīng)的多晶計算模型。介紹了多晶模型的計算流程，計算過程中單晶應(yīng)力的更新以及計算過程中晶體取向的計算等等。分別對多