铝合金板料成形极限预测及数值模拟研究

发布时间：2017-05-16 12:11

  本文关键词：铝合金板料成形极限预测及数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来，轻质铝合金材料越来越多地运用于航天航空和汽车行业，对铝合金板料的成形性能进行研究具有重要意义。应变成形极限图(Forming Limit Diagram,简称FLD)和应力成形极限图（Forming Limit Stress Diagram,简称FLSD）是判断板材成形性能的重要判据。实验方法获取这两种成形极限图存在实验设备复杂，实验周期长，测量技术不完善等难点。基于以上问题，本文以5083铝合金板料为研究对象，运用理论和数值模拟相结合的方法对FLD和FLSD的获取方法、影响因素以及应用等方面进行分析研究。 论文的理论部分，首先介绍了板料塑性变形过程中涉及到的基本塑性理论。对塑性理论中适用于5083铝合金板的各向异性屈服准则、硬化准则和流动法则进行了比较分析。同时总结了Swift分散性失稳理论和Hill集中性失稳理论的适用范围和运用这两种失稳理论得到完整FLD的方法。然后基于以上的理论基础，运用Hill48屈服准则和Hill79屈服准则推导了Swift分散性失稳理论和Hill集中性失稳理论条件下的极限应变的公式，带入5083铝合金板材的力学性能参数获得FLD。最后在得到的FLD的基础上，运用增量理论推导得到了线性应变路径下的FLSD。 论文的数值模拟部分，先阐述了运用有限元仿真的胀形模拟来获取FLD和FLSD的原理和应变路径的实现方法。通过分析，提出针对有限元模型所使用的壳单元运用最大凸模力准则和基于应变路径转变的准则作为失稳判据。然后将有限元仿真得到的结果和理论预测的结果进行对比分析，结果表明采用Swift分散性失稳理论计算获得的FLD的右半部分准确性不高；而采用Hill集中性失稳准则理论计算获得的FLD的左半部分与模拟的结果相差不大。最后讨论了FLD随摩擦系数、冲压速度、压边力的变化规律，得到摩擦系数为0.12，冲压速度为1000mm/s，压边力为20KN时所得到的成形极限结果是比较合理的。 此外，通过在ABAQUS中先对板料进行预加载再进行胀形模拟，完成了FLD和FLSD随应变路径变化的分析。结果表明FLSD与应变路径无关，而FLD与应变路径有关。最后在方形盒冲压的有限元模拟中，将FLSD和FLD作为极限判断准则，，得到相同的结果，表明了FLSD作为极限判据的可靠性，并对FLSD的应用前景进行了分析，表明了其在处理复杂加载路径问题时的优势。 本文通过理论和有限元的方法预测了5083铝合金板材的FLD和FLSD，可以作为有限元模拟中处理线性应变路径问题的失稳判据。理论和有限元获取的方法可以为其它类型材料成形极限的研究提供可借鉴的思路。同时还为更适合于处理复杂加载路径问题的FLSD的运用奠定了基础。
【关键词】：应变成形极限 应力成形极限 应变路径 有限元仿真
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG389
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 选题背景和意义11-12
• 1.2 铝及铝合金12-15
• 1.2.1 铝及铝合金的性能12
• 1.2.2 铝合金的应用12-15
• 1.3 应变成形极限图15-20
• 1.3.1 成形极限图的意义15-16
• 1.3.2 成形极限的获取方法及研究现状16-19
• 1.3.3 FLD 在板材成形方面的应用19-20
• 1.4 应力成形极限图20-22
• 1.4.1 应力极限图的提出20-21
• 1.4.2 应力成形极限图的研究进展21-22
• 1.5 研究内容及目的22-25
• 第二章 板料塑性变形基本理论25-37
• 2.1 引言25-26
• 2.2 材料的初始屈服准则26-28
• 2.3 强化规则和后继屈服函数28-30
• 2.4 塑性变形的本构方程30-33
• 2.4.1 本构方程与硬化准则30-31
• 2.4.2 流动法则31-32
• 2.4.3 增量理论32-33
• 2.4.4 全量理论33
• 2.5 板材的塑性拉伸失稳理论33-35
• 2.5.1 Swift 分散性失稳理论33-34
• 2.5.2 Hill 集中性失稳准则34-35
• 2.6 本章小结35-37
• 第三章 5083 铝合金板料成形极限推导37-57
• 3.1 引言37
• 3.2 基于拉伸失稳理论的极限应变的计算37-41
• 3.2.1 基于 Swift 分散性失稳的极限应变的推导38-40
• 3.2.2 基于 Hill 集中性失稳的极限应变推导40-41
• 3.3 考虑材料各向异性的极限应变的计算41-43
• 3.3.1 基于 Hill48 屈服准则的极限应变计算41-42
• 3.3.2 基于 Hill79 屈服准则的极限应变计算42-43
• 3.4 5083 铝合金理论 FLD 的获取43-49
• 3.4.1 材料的力学性能参数43-46
• 3.4.2 FLD 的建立46-49
• 3.5 线性加载路径下 FLD 到 FLSD 的转换49-55
• 3.5.1 极限应变与极限应力的转换方程推导50-51
• 3.5.2 FLD 转化为 FLSD51-52
• 3.5.3 成形极限应力图 FLSD 的构造52-55
• 3.6 本章小结55-57
• 第四章 铝合金板料成形极限有限元分析57-73
• 4.1 引言57
• 4.2 ABAQUS 软件简介57-58
• 4.3 板料成形极限预测的数值模拟58-63
• 4.3.1 单元类型的选择58-59
• 4.3.2 各种应变路径的实现方法与模型建立59-62
• 4.3.3 仿真所用的材料模型62-63
• 4.4 材料失稳的判据63-65
• 4.5 仿真结果与理论计算对比分析65-67
• 4.6 有限元模拟的影响因素67-71
• 4.6.1 摩擦系数对成形极限图的影响及分析67-68
• 4.6.2 冲压速度对成形极限图的影响及分析68-69
• 4.6.3 压边力对成形极限图的影响及分析69-71
• 4.7 本章小结71-73
• 第五章 复杂加载路径下板料的成形极限图73-89
• 5.1 引言73
• 5.2 有限元仿真中应变路径对成形极限的影响73-78
• 5.2.1 应变路径加载方案及其 ABAQUS 实现方法73-76
• 5.2.2 折线加载路径下的成形极限图76-78
• 5.3 FLSD 与应变路径无关的理论分析78-83
• 5.3.1 Hill48 屈服准则所需的关系式80-81
• 5.3.2 基于 Hill79 屈服准则所需的关系式81
• 5.3.3 两种屈服准则的理论 FLSD 结果81-83
• 5.4 FLD 和 FLSD 在 ABAQUS 中的应用实例83-87
• 5.4.1 铝合金盒形件拉深成形有限元分析83-84
• 5.4.2 结果与分析84-86
• 5.4.3 FLSD 的应用前景86-87
• 5.5 本章小结87-89
• 第六章 总结及展望89-91
• 6.1 结论89
• 6.2 展望89-91
• 参考文献91-97
• 致谢97

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈光南,胡世光;薄钢板塑性成形损伤与断裂[J];北京航空航天大学学报;1989年03期

2 姜龙涛;赵敏;武高辉;张强;;亚微米级Al_2O_(3P)/2024Al复合材料的时效行为[J];稀有金属材料与工程;2006年12期

3 林大为,屠挺生,戴一一,张顺才;板料真实成形极限的测定及其应用[J];锻压技术;2001年03期

4 余胜娟;周旭东;;板料成形性的研究现状和发展趋势[J];锻压装备与制造技术;2007年06期

5 刘腾喜,傅衣铭,丁皓江;正交各向异性金属板料的成形极限[J];固体力学学报;2000年02期

6 陈光南;胡世光;;用电阻率等参量的变化作为损伤参数的实验研究[J];钢铁研究;1987年03期

7 崔令江;杨玉英;刘立言;黄春杰;;FLD和SCV在大型薄板冲压选材中的应用[J];锻压技术;1988年02期

8 杨继昌,彭华,陈炜,高霖,姜银方;复杂应变路径下的板料成形数值模拟[J];江苏大学学报(自然科学版);2005年04期

9 印雄飞,何丹农,叶又,彭颖红,程惊雷,蒋镜昱;虚拟速度对板料成形数值模拟影响的实验研究[J];机械科学与技术;2000年03期

10 曹宏深;;复合变形路径下的板材冲压成形极限应变(Ⅰ)——冲压成形极限应变的立论与解析[J];机械工程学报;2008年02期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 徐雪峰;5083铝合金力学性能及超塑性成形数值模拟与实验研究[D];南京航空航天大学;2009年

2 王辉;成形极限图的获取方法与其在金属板料成形中的应用[D];南京航空航天大学;2011年

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本文编号：370795