材料特性数据对成形仿真精度的影响（上）——实验数据及其应用

发布时间：2022-01-16 03:29

　　板料成形的仿真精度主要取决于描述材料塑性变形特征的塑性本构关系。而塑性本构关系的预测能力则是由在不同应力状态下所获得的实验数据所定义。用于描述板材塑性变形特性的实验数据包括初始屈服、后续强化以及各向异性塑性变形参数等。为了应用不同的实验数据来恰当地表征仿真所用的材料模型,首先需要了解仿真成形零件的主要加载应力特性;其次需要合理应用由不同实验方法所获得的实验数据,使所定义的材料塑性本构模型能够充分反映出材料在整个均匀塑性变形过程中所表现出的材料强化与塑性变形特性,而非局部区域或者某一特定点处的实验特性。分析了应用不同实验数据定义仿真材料塑性本构关系对模拟结果所产生的不同影响。提出在应用材料的一些特殊实验结果时,除了需要考虑选择不同的流动准则,还需要考虑所涉及的塑性本构关系是否可以充分揭示出材料所对应的实验特性。 

【文章来源】：塑性工程学报. 2020,27(11)北大核心CSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

各向异性参数在拉伸过程中的变化

双拉实验与剪切实验的不同之处在于它们之间的应力状态不同。虽然应力和应变分量在不同切面上可以进行等效转换，但是这种转换只是属于数学量值上基于力平衡原理的转换，而不是材料物理变形特性上的等效转换。一个实际加载应力状态发生屈服并不意味着其等效坐标转换后的应力值在对应的加载面上也会发生屈服。另外，需要清楚的是应力-应变关系是不能进行等效坐标转换的。因此，只有分析真实加载面上的应力分量特性，而不是转换后的截平面上的应力分量，才能反映出材料对应真实加载应力状态的塑性变形特性。例如，图7所示的由正应力σ1和σ3平面转换到τmax平面的情况[7]，即:如果设σ1为单向拉伸时的屈服应力σt，即σt=σ1(或等于等值双拉应力状态时沿厚度方向的单向压缩应力)，而σ3=0 MPa，则单向拉伸屈服应力转换到沿45°方向平面上的剪应力值为:

上述关系表明，由各向异性参数定义的塑性位势方程，对应加载应力状态σx/σy=-1时，预测结果并不等效于由纯剪切应力状态所产生的平面塑性应变状态。这一特性可由塑性位势轨迹图简单地表示出来，如图8所示。σx=τp=-σy应力点处的梯度方向对应的就是塑性应变的流动方向。该结果表明，应力分量在不同截面上的平衡等效转换并不包含应力-应变关系的等效转换。如果需要满足剪切状态下的塑性流动特性，则必须对塑性位势加以限制，使之满足平面应变状态，如图9所示[31]。由图9可以看到，经过平面应变制约后的塑性位势轨迹与原有屈服轨迹(遵循相关联流动准则)表现出了明显的不同。明确坐标转换的物理含义对于应用不同的实验数据定义仿真材料模型非常重要。很多实验数据是以相对于轧制方向呈现不同方位的主应力方向而获得的，当以转换坐标的形式应用这些实验数据时，必然会带来应力分量状态的改变，因此，这些在实验坐标下呈现出的塑性变形特性并不等效于仿真模型所模拟的加载应力状态，需要清楚，用实验数据定义本构模型时所涉及的坐标转换只是实验应力、应变分量在量值上的平衡转换。基于对仿真预测准确性的期许，更希望能用真实的实验数据来反映材料的塑性变形特性，而不是基于坐标转换得到的实验数据，这将使仿真材料模型得到进一步完善，使之实现预测加载状态与实验数据之间满足等效的对应关系。图9 依据剪切实验数据将σx/σy=-1应力状态限制为平面应变流动特性

【参考文献】：
期刊论文
[1]金属板材屈服行为与塑性失稳力学模型在微尺度下的应用[J]. 万敏,程诚,孟宝,吴向东,蔡正阳.  精密成形工程. 2019(03)
[2]单一曲线假设对弹塑性问题的影响[J]. 郭兰中,穆玺清.  兰州工业高等专科学校学报. 1999(02)
[3]拉压性能不同金属材料的非经典塑性本构理论及实验研究[J]. 吕桂英,张泽华.  力学学报. 1989(S1)



本文编号：3591848