应变率相关的高强钢板材屈服准则与失效模型研究及应用

发布时间：2017-09-13 23:26

  本文关键词：应变率相关的高强钢板材屈服准则与失效模型研究及应用

  更多相关文章： 高强钢板材 塑性力学行为 各向异性 断裂准则 应变率效应

【摘要】：金属板材是重要的汽车结构材料之一,其力学行为的表征工作包括三个主要内容:塑性行为的各向异性、断裂准则以及应变率效应。本论文以一种DP780钢板材料为对象,依次对这三方面内容进行了研究。首先,论文在准静态下对塑性行为的各向异性进行了研究。不同方向的单向拉伸实验结果显示所研究的材料具有明显的各向异性,且无法用传统的关联流动Hill48模型同时表征流动应力和Lankford-r参数。因此,采用了非关联流动的Hill48模型,即使用流动应力标定屈服函数,使用Lankford-r参数标定塑性流动势函数。在Abaqus/Explicit下编写了用户子程序VUMAT,并以之对标定实验和验证实验(剪切和穿孔)进行了模拟。结果显示模拟可以很好地复现实验现象,包括载荷响应和局部应变响应。同时,将模型与关联流动模型进行了对比,并基于此对塑性模型的选择和标定给出了建议。随后是材料的断裂行为研究。首先在剪切实验的基础上实施了一种实验结合有限元的方法,逆向得到了颈缩后的硬化曲线,并对穿孔实验进行模拟,验证了该方法的合理性。随后,对五种不同应力状态的断裂实验进行了有限元模拟。同样地,发现有限元模拟都可以准确地复现实验结果。因此以之为基础,提取了每种实验断裂发生位置的应力状态和等效塑性应变发展历史曲线。利用这些数据,使用三种不同方法标定了MMC(Modified Mohr-Coulomb)断裂准则。结果显示,三种方法给出的结果比较相近,且都表现良好。最后是应变率效应的表征。从七种不同应变率下的单向拉伸实验结果中观察到其强度具有明显的正应变率相关性。分别使用Johnson-Cook和KhanHuang-Liang模型对七组应变率下的硬化曲线进行了表征,发现精度较低。因此对两个模型进行了修正,使其表征效果大幅改善。进一步,本论文采用了一种以颈缩起始点为特征点对硬化曲线进行归一化处理双项缩放的方法对数据进行了处理。结果显示,不同应变率下的归一化硬化曲线几乎完全重合。据此,提出了一种双项缩放模型,通过应变率跳跃实验验证了其精度。并且考察了其他多种不同材料的实验数据,发现该模型对DP钢适用性良好,但对其他几种材料具有一定的局限性。
【关键词】：高强钢板材 塑性力学行为 各向异性 断裂准则 应变率效应
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.15
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究对象10-17
• 1.2.1 车用高强钢材料及其分类10-13
• 1.2.2 金属板材力学行为13-17
• 1.3 研究现状概述17-18
• 1.4 研究工具18-20
• 1.4.1 材料力学行为表征实验18-19
• 1.4.2 基于Abaqus软件的材料用户子程序开发19-20
• 1.5 研究意义与研究目标20-21
• 1.6 论文研究内容21-22
• 第2章 准静态载荷下高强钢板材塑性行为的各向异性表征22-42
• 2.1 准静态下的单向拉伸实验22-24
• 2.2 Hill48模型的标定尝试24-28
• 2.3 非关联Hill48模型28-29
• 2.4 非关联Hill48模型子程序29-31
• 2.5 材料模型标定结果准确性的验证31-35
• 2.5.1 非关联Hill48模型的四种标定策略31-32
• 2.5.2 有限元模型32-33
• 2.5.3 标定结果准确性的验证33-35
• 2.6 材料模型准确性的验证35-37
• 2.6.1 验证实验：剪切和穿孔35-37
• 2.6.2 验证实验的模拟37
• 2.7 讨论37-40
• 2.7.1 Hill48模型的标定37-38
• 2.7.2 塑性模型准确性的评价标准38
• 2.7.3 关于Hill48模型及其标定38-40
• 2.7.4 各向异性的微观机理初步探究40
• 2.8 本章小结40-42
• 第3章 准静态载荷下高强钢板材颈缩后塑性行为及韧性断裂行为的表征42-61
• 3.1 颈缩现象42-44
• 3.2 实验结合有限元的逆向方法44-48
• 3.3 DP780韧性断裂行为研究48-58
• 3.3.1 断裂实验48-49
• 3.3.2 断裂实验的有限元模拟49-55
• 3.3.3 MMC断裂准则的拟合55-58
• 3.4 讨论58-59
• 3.4.1 平面应力状态的检验58
• 3.4.2 材料的尺寸效应58-59
• 3.4.3 断裂实验的试件设计59
• 3.5 本章小结59-61
• 第4章 应变率对高强钢板材力学行为的影响及模型开发61-88
• 4.1 本章引言61-63
• 4.2 动态下的单向拉伸实验63-64
• 4.3 实验结果分析64-67
• 4.3.1 应变率效应分析64-67
• 4.3.2 应变强化（硬化）行为分析67
• 4.4 本构模型67-80
• 4.4.1 Johnson-Cook模型67-69
• 4.4.2 Khan-Huang-Liang模型69-75
• 4.4.3 Khan-Huang-Liang模型的改进：双项缩放模型的提出75-80
• 4.5 本构模型验证：“应变率跳跃”实验80-81
• 4.6 讨论81-87
• 4.6.1 率相关模型的比较与选择81-82
• 4.6.2 双项缩放模型的适用材料82-87
• 4.7 本章小结87-88
• 第5章 总结和展望88-91
• 参考文献91-100
• 致谢100-102
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果102

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 宋孝浜;王春霞;;纤维增强复合材料应变率效应研究进展[J];广西纺织科技;2006年04期

2 甘秋兰,张俊彦;温度和应变率对泡沫镍拉伸行为的影响[J];湘潭大学自然科学学报;2003年04期

3 毛明忠;熊杰;杨斌;熊涛;周凯;;Kevlar~汶964C纤维束拉伸性能的应变率和温度效应[J];纺织学报;2008年11期

4 于水生;卢玉斌;蔡勇;;工程材料的应变率效应及其统一模型[J];固体力学学报;2013年S1期

5 李彰明,杨良坤,王靖涛;岩石强度应变率阈值效应与局部二次破坏模拟探讨[J];岩石力学与工程学报;2004年02期

6 吴长河;冯晓伟;叶培;符志;刘占芳;;应变率对硫化橡胶压缩力学性能的影响[J];功能材料;2013年08期

7 金滩,蔡光起;材料的应变率强化与磨削加工中的尺寸效应[J];中国机械工程;1999年12期

8 王学滨,赵杨峰,张智慧,潘一山;考虑应变率及应变梯度效应的断层岩爆分析[J];岩石力学与工程学报;2003年11期

9 曾智;李玉龙;郭亚洲;陈煊;王雷;;两种典型铺层玻璃纤维复合材料的拉伸力学行为[J];航空材料学报;2013年03期

10 陈荣;卢芳云;林玉亮;王瑞峰;;一种含铝炸药压缩力学性能和本构关系研究[J];含能材料;2007年05期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 安彤;秦飞;刘亚男;白洁;;应变率效应对微系统封装焊锡接点力学行为的影响[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

2 施惠基;蔡明春;牛莉莎;;金属材料应变率相关的塑性变形细观机制[A];塑性力学新进展——2011年全国塑性力学会议论文集[C];2011年

3 席丰;张云;;基于J-C模型的受冲击钢梁的位移计算和两个应变率本构模型的比较分析[A];塑性力学新进展——2011年全国塑性力学会议论文集[C];2011年

4 秦q;杨黎明;胡时胜;;金属应变率效应机理分析[A];第七届全国爆炸力学实验技术学会会议论文集[C];2012年

5 关锦清;周刚;文潮;唐仕英;林英睿;刘晓新;李迅;;20g钢冲击拉伸与压缩特性实验研究[A];第八届全国爆炸力学学术会议论文集[C];2007年

6 王学滨;赵杨峰;张智慧;潘一山;;考虑应变率及应变梯度效应的断层岩爆分析[A];第八届全国岩石动力学学术会议论文集[C];2003年

7 梁昌玉;李晓;马超锋;;中等应变率加载条件下岩石的变形和力学特性研究进展及展望[A];中国科学院地质与地球物理研究所2012年度（第12届）学术论文汇编——工程地质与水资源研究室[C];2013年

8 叶晓明;吴德伦;;应变率相关本构理论在声测中的应用[A];重庆岩石力学与工程学会第一届学术讨论会论文集[C];1992年

9 王永刚;蒋招绣;;高应变率和高低温条件下高强度硬铝合金压缩力学行为实验研究[A];第七届全国爆炸力学实验技术学会会议论文集[C];2012年

10 项笑炎;张春晓;何翔;王武;张磊;;大变形时温度和应变率对沥青混凝土动态力学性能的影响[A];第3届全国工程安全与防护学术会议论文集[C];2012年

中国博士学位论文全文数据库 前9条

1 朱耀;AA 7055铝合金在不同温度及应变率下力学性能的实验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

2 王文明;考虑应变率效应的结构抗震分析方法研究[D];大连理工大学;2013年

3 张皓;材料应变率效应对钢筋混凝土框—剪结构地震反应的影响[D];大连理工大学;2012年

4 竺铝涛;纤维力学性质应变率效应和针织复合材料弹道冲击破坏机理[D];东华大学;2010年

5 尚世明;普通混凝土多轴动态性能试验研究[D];大连理工大学;2013年

6 宫凤强;动静组合加载下岩石力学特性和动态强度准则的试验研究[D];中南大学;2010年

7 罗景润;PBX的损伤、断裂及本构关系研究[D];中国工程物理研究院;2001年

8 侯仰青;三维机织物拉伸性质应变率效应实验和数值研究&新型蜂窝芯材夹层复合材料板力学性能实验和数值分析[D];东华大学;2013年

9 郑宇轩;韧性材料的动态碎裂特性研究[D];中国科学技术大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张龙辉;透明聚氨酯胶片动态力学性能研究[D];华南理工大学;2015年

2 黄晓莹;常用建筑钢筋材料高应变率力学性能研究[D];西南科技大学;2015年

3 王卫;Ti_2AlNb基金属间化合物材料高温本构关系研究[D];南京航空航天大学;2014年

4 贾培奇;蜂窝铝材料面内尺寸效应及应变率影响研究[D];太原理工大学;2016年

5 朱俊儿;应变率相关的高强钢板材屈服准则与失效模型研究及应用[D];清华大学;2015年

6 陈朝中;无定形聚合物力学行为的应变率依赖性研究[D];湘潭大学;2009年

7 刘芳;四步法三维编织复合材料冲击拉伸力学性能[D];东华大学;2005年

8 吴青松;温度和应变率对低合金钢力学行为的影响[D];哈尔滨工程大学;2005年

9 于水生;冲击载荷下脆性材料的动力学响应特性研究[D];西南科技大学;2013年

10 彭建祥;钽的本构关系研究[D];中国工程物理研究院;2001年

，

本文编号：846517