基于细观损伤力学的铅套成形破裂预测
发布时间：2021-07-25 12:06
对子弹铅套成形过程中的破裂缺陷进行预测。采用单向拉伸实验获得纯铅真实应力-应变数据,选取应变0.006≤ε≤0.2范围内的数据进行拟合和外延处理获得材料无损伤的本构模型。结合扫描电镜分析法和基于响应面的有限元反求法获得纯铅的GTN细观损伤模型参数,对比分析单向拉伸中模拟与实验获得的载荷-位移曲线和铅材料孔洞体积分数,验证了所建立的纯铅GTN细观损伤模型的准确性。基于ABAQUS模拟仿真平台,耦合所建立的GTN损伤模型对铅套成形过程中的破裂行为进行仿真预测,并开展了铅套反挤压和变薄拉深成形实验。结果表明:实验结果与基于GTN损伤模型的仿真结果匹配良好;对铅套成形缺陷的准确预测是铅套成形优化的重要基础。
【文章来源】：中国有色金属学报. 2020,30(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
拉伸试样尺寸Fig.1Tensionspecimensize(Unit:mm)
中国有色金属学报2020年8月1868图1拉伸试样尺寸Fig.1Tensionspecimensize(Unit:mm)图2原始拉伸试样和拉伸后的试样Fig.2Originalandpost-tensionspecimens用单向拉伸全过程试验数据计算得到的真实应力应变数据是包含了材料损伤演化影响的，用其建立GTN模型并耦合进行成形过程数值模拟时，会造成模拟结果误差较大。因此，为保证仿真结果更加贴合实际情况，需要使用基体材料无损伤的应力应变数据作为材料的本构模型[13]。在单向拉伸的初期阶段材料损伤较小，实验测得单向拉伸初期的材料真实应力应变曲线更为贴近材料的无损伤状态。可以利用材料的本构方程0nK，通过数据拟合将单向拉伸初期的材料真实应力应变曲线作为基体材料无损伤的真实应力等效塑性应变关系。拟合材料无损伤的本构模型时，如何选择恰当的应变点区间很关键。首先需保证选择的区间处于塑性应变下，因此选择≥0.006。对发生不同应变量的单向拉伸试样进行扫描电镜观察，并对不同应变量下试样的孔洞体积分数进行统计分析，如图3所示。从图图3不同应变下单向拉伸试样截面的孔洞体积分数Fig.3Voidvolumefractionofuniaxialtensionspecimenswithdifferentstrains:(a)ε=0.1;(b)ε=0.2;(c)ε=0.3;(d)ε=0.35
第30卷第8期徐戊矫，等：基于细观损伤力学的铅套成形破裂预测18693可以看出，应变0.2是一个临界点；当应变为0.2时基材内微观孔洞较少、分布均匀，且并未发生聚合。为保证拟合得到的材料应力应变曲线更贴近材料无损伤状态下，因此本研究中选取的应变拟合点间距为[0.006，0.2]，拟合结果如图4所示，表1中所列为纯铅的弹塑性力学行为参数，其中E表示为材料的弹性模量；表示为材料的泊松比；σ0表示材料的屈服应力；K表示该材料本构参数；n表示材料的硬化指数。图4纯铅无损伤应力应变曲线的获取Fig.4Acquisitionofdamagefreestressstraincurvesofpurelead表1纯铅的无损伤弹塑性力学参数Table1Damage-freeelastoplasticbehaviorparametersofpureleadE/MPaσ0Kn140000.43.8927628.971830.637383GTN参数的标定GTN细观损伤模型中包含三类共计9个参数，分别是屈服函数的修正系数q1、q2、q3，孔洞形核参数fN、εN、SN和孔洞体积分数f0、fC、fF。其中，fN表示形核粒子的孔洞体积分数，SN为形核时的等效塑性应变，SN是形核应变的标准差，f0表示材料初始的孔洞体积分数，fC表示孔洞聚合时的临界体积参数，fF表示材料发生破坏失效时的孔洞体积分数。不同的参数组合对模拟结果的影响较大，因此，确定一种材料的GTN损伤模型参数是研究这种材料孔洞演化过程和细观损伤机理的基矗目前确定GTN细观损伤模型参数的方法大致分为三类[1416]：金相分析法、代表性体积单元法和有限元逆向法。在这里，假设挤压得到的圆柱形纯铅的棒料是无损伤材料，因?
【参考文献】：
期刊论文
[1]7075-T6铝合金温成形损伤演化实验与仿真[J]. 盈亮,刘文权,王丹彤,胡平,王琪. 中国有色金属学报. 2016(07)
[2]热冲压成形过程细观损伤演化机理研究[J]. 刘文权,盈亮,王丹彤,鲁可心,胡平. 机械工程学报. 2016(14)
博士论文
[1]带钢边部缺陷在轧制过程中的开裂行为研究[D]. 闫玉曦.华东理工大学 2014
[2]冲压成形中破裂和回弹的细观损伤力学分析[D]. 陈志英.上海交通大学 2009
[3]金属成形过程的细观损伤力学模型及韧性断裂准则研究[D]. 黄建科.上海交通大学 2009
本文编号：3301999
【文章来源】：中国有色金属学报. 2020,30(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
拉伸试样尺寸Fig.1Tensionspecimensize(Unit:mm)
中国有色金属学报2020年8月1868图1拉伸试样尺寸Fig.1Tensionspecimensize(Unit:mm)图2原始拉伸试样和拉伸后的试样Fig.2Originalandpost-tensionspecimens用单向拉伸全过程试验数据计算得到的真实应力应变数据是包含了材料损伤演化影响的，用其建立GTN模型并耦合进行成形过程数值模拟时，会造成模拟结果误差较大。因此，为保证仿真结果更加贴合实际情况，需要使用基体材料无损伤的应力应变数据作为材料的本构模型[13]。在单向拉伸的初期阶段材料损伤较小，实验测得单向拉伸初期的材料真实应力应变曲线更为贴近材料的无损伤状态。可以利用材料的本构方程0nK，通过数据拟合将单向拉伸初期的材料真实应力应变曲线作为基体材料无损伤的真实应力等效塑性应变关系。拟合材料无损伤的本构模型时，如何选择恰当的应变点区间很关键。首先需保证选择的区间处于塑性应变下，因此选择≥0.006。对发生不同应变量的单向拉伸试样进行扫描电镜观察，并对不同应变量下试样的孔洞体积分数进行统计分析，如图3所示。从图图3不同应变下单向拉伸试样截面的孔洞体积分数Fig.3Voidvolumefractionofuniaxialtensionspecimenswithdifferentstrains:(a)ε=0.1;(b)ε=0.2;(c)ε=0.3;(d)ε=0.35
第30卷第8期徐戊矫，等：基于细观损伤力学的铅套成形破裂预测18693可以看出，应变0.2是一个临界点；当应变为0.2时基材内微观孔洞较少、分布均匀，且并未发生聚合。为保证拟合得到的材料应力应变曲线更贴近材料无损伤状态下，因此本研究中选取的应变拟合点间距为[0.006，0.2]，拟合结果如图4所示，表1中所列为纯铅的弹塑性力学行为参数，其中E表示为材料的弹性模量；表示为材料的泊松比；σ0表示材料的屈服应力；K表示该材料本构参数；n表示材料的硬化指数。图4纯铅无损伤应力应变曲线的获取Fig.4Acquisitionofdamagefreestressstraincurvesofpurelead表1纯铅的无损伤弹塑性力学参数Table1Damage-freeelastoplasticbehaviorparametersofpureleadE/MPaσ0Kn140000.43.8927628.971830.637383GTN参数的标定GTN细观损伤模型中包含三类共计9个参数，分别是屈服函数的修正系数q1、q2、q3，孔洞形核参数fN、εN、SN和孔洞体积分数f0、fC、fF。其中，fN表示形核粒子的孔洞体积分数，SN为形核时的等效塑性应变，SN是形核应变的标准差，f0表示材料初始的孔洞体积分数，fC表示孔洞聚合时的临界体积参数，fF表示材料发生破坏失效时的孔洞体积分数。不同的参数组合对模拟结果的影响较大，因此，确定一种材料的GTN损伤模型参数是研究这种材料孔洞演化过程和细观损伤机理的基矗目前确定GTN细观损伤模型参数的方法大致分为三类[1416]：金相分析法、代表性体积单元法和有限元逆向法。在这里，假设挤压得到的圆柱形纯铅的棒料是无损伤材料，因?
【参考文献】：
期刊论文
[1]7075-T6铝合金温成形损伤演化实验与仿真[J]. 盈亮,刘文权,王丹彤,胡平,王琪. 中国有色金属学报. 2016(07)
[2]热冲压成形过程细观损伤演化机理研究[J]. 刘文权,盈亮,王丹彤,鲁可心,胡平. 机械工程学报. 2016(14)
博士论文
[1]带钢边部缺陷在轧制过程中的开裂行为研究[D]. 闫玉曦.华东理工大学 2014
[2]冲压成形中破裂和回弹的细观损伤力学分析[D]. 陈志英.上海交通大学 2009
[3]金属成形过程的细观损伤力学模型及韧性断裂准则研究[D]. 黄建科.上海交通大学 2009
本文编号：3301999
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