先进高强钢板各向异性断裂模型及预测研究
发布时间：2021-06-10 16:54
先进高强钢板是实现车身轻量化的重要材料,在车身制造中得到了大量的应用。不同于传统高强钢板,先进高强钢板是通过相变组织进行强化的,马氏体是主要的强化相。马氏体和铁素体性能差异大,变形时应力、应变在两相间的分配极为不均匀,这种不协调变形促使材料内孔洞或裂纹的产生,最终造成韧性断裂成为先进高强钢板塑性成形中的主要失效形式,并且断裂通常沿着特定的方向产生和扩展,表现出强烈的各向异性。采用传统的各向同性断裂模型无法准确预测先进高强钢板的各向异性断裂现象,使得成形工艺难以优化设计,造成试错周期变长、工艺稳健性难以保证、废品率升高等问题,严重制约了先进高强钢板在车身制造中的进一步应用。先进高强钢板制备过程中的合金元素偏析以及后续轧制工艺是其各向异性断裂产生的主要原因:连续的轧制过程会造成马氏体的形状具有取向性,导致材料在板平面内不同方向上的力学性能不同;合金元素偏析会造成马氏体在板厚方向上呈带状分布,进一步影响板材厚度方向上的力学性能。目前采用传统的韧性断裂实验方法和理论模型难以表征和描述这种现象。本文以先进高强钢板为研究对象,围绕各向异性断裂问题在断裂模型、实验设计、预测方法等方面展开深入研究。首...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
各钢种总延伸率与抗拉强度的关系[10]
第一章绪论2相比较传统高强钢板，先进高强钢板在成形过程中的微观组织变化和力学行为更加复杂，因此在实际成形过程中会出现一些新的问题。以最常用的双相钢板为例，就包含了铁素体(Ferrite)和马氏体(Martensite)两种相。铁素体相较软，是基体相；马氏体相较硬，是强化相。由于马氏体和铁素体性能差异大，变形时应力、应变在两相间的分配极为不均匀，这种不协调变形会促使材料内孔洞或裂纹的产生，最终造成韧性断裂成为先进高强钢板成形中的主要失效形式。材料的断裂机制主要有两类：脆性断裂和韧性断裂。脆性断裂是指材料未经明显的变形而发生的断裂；而韧性断裂是指材料经过大量变形后发生的断裂。如图1-2所示，高强度低合金(HSLA)钢在成形中以颈缩失效为主，而DP980在成形中开裂严重。图1-2传统高强钢板和先进高强钢板成形中的主要失效形式对比Figure1-2ComparisonofthemainfailuremodesbetweenconventionalHSSsheetsandAHSSsheets我们通常设计结构简单的特征件来研究和模拟实际零件的断裂过程，结果发现先进高强钢板成形过程中，断裂总是沿着特定的方向发生和扩展。以方盒形特征件为例，成形过程中断裂仅在一个方向上发生，这与使用传统各向同性断裂模型预测的结果完全不同[11]，如图1-3所示。图1-3方盒形特征件成形中的各向异性断裂现象[11]Figure1-3Theanisotropicfracturephenomenonduringthesquarecupdrawingtest[11]
第一章绪论2相比较传统高强钢板，先进高强钢板在成形过程中的微观组织变化和力学行为更加复杂，因此在实际成形过程中会出现一些新的问题。以最常用的双相钢板为例，就包含了铁素体(Ferrite)和马氏体(Martensite)两种相。铁素体相较软，是基体相；马氏体相较硬，是强化相。由于马氏体和铁素体性能差异大，变形时应力、应变在两相间的分配极为不均匀，这种不协调变形会促使材料内孔洞或裂纹的产生，最终造成韧性断裂成为先进高强钢板成形中的主要失效形式。材料的断裂机制主要有两类：脆性断裂和韧性断裂。脆性断裂是指材料未经明显的变形而发生的断裂；而韧性断裂是指材料经过大量变形后发生的断裂。如图1-2所示，高强度低合金(HSLA)钢在成形中以颈缩失效为主，而DP980在成形中开裂严重。图1-2传统高强钢板和先进高强钢板成形中的主要失效形式对比Figure1-2ComparisonofthemainfailuremodesbetweenconventionalHSSsheetsandAHSSsheets我们通常设计结构简单的特征件来研究和模拟实际零件的断裂过程，结果发现先进高强钢板成形过程中，断裂总是沿着特定的方向发生和扩展。以方盒形特征件为例，成形过程中断裂仅在一个方向上发生，这与使用传统各向同性断裂模型预测的结果完全不同[11]，如图1-3所示。图1-3方盒形特征件成形中的各向异性断裂现象[11]Figure1-3Theanisotropicfracturephenomenonduringthesquarecupdrawingtest[11]
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属-金属层状结构复合材料研究进展[J]. 徐圣航,周承商,刘咏. 中国有色金属学报. 2019(06)
[2]金属基复合材料高通量制备及表征技术研究进展[J]. 张学习,郑忠,高莹,耿林. 金属学报. 2019(01)
[3]金属塑性成形中的韧性断裂微观机理及预测模型的研究进展[J]. 贾哲,穆磊,臧勇. 工程科学学报. 2018(12)
[4]非理想材料塑性本构关系的研究现状及发展方向[J]. 苑世剑,何祝斌,胡卫龙. 塑性工程学报. 2018(04)
[5]DP980双相热轧钢带状组织成因及控制[J]. 马德刚,王艳伍,李经哲,王建兴,王耐. 河北冶金. 2018(02)
[6]先进材料多维多尺度高通量表征技术[J]. 黄晓旭,吴桂林,钟虓,李志军. 电子显微学报. 2016(06)
[7]宏观弹塑性本构模型的研究进展[J]. 何维均,张士宏,程明,黄光杰,栾佰峰,刘庆. 塑性工程学报. 2015(03)
[8]汽车轻量化之白车身减重[J]. 钱占伟,耿富荣,雷发常,谢然. 机电工程技术. 2012(06)
[9]各向异性屈服准则的发展及实验验证综述[J]. 张飞飞,陈劼实,陈军,黄晓忠,卢健. 力学进展. 2012(01)
[10]汽车用先进高强钢的应用现状和发展方向[J]. 李扬,刘汉武,杜云慧,张鹏. 材料导报. 2011(13)
博士论文
[1]面向先进高强钢的韧性断裂预测模型研究与应用[D]. 穆磊.北京科技大学 2018
[2]QP钢应变诱发相变动力学模型及回弹特性研究[D]. 邹丹青.上海交通大学 2018
[3]高强钢板材剪切边缘局部成形性能表征与开裂预测研究[D]. 董梁.上海交通大学 2017
[4]微观机制断裂理论在高强钢材料及钢结构断裂预测分析中的应用研究[D]. 李文超.长安大学 2017
[5]纯钛及钛合金强力旋压损伤演化规律及韧性断裂预测[D]. 马浩.哈尔滨工业大学 2016
硕士论文
[1]先进高强钢边缘破裂的影响因素及预测模型研究[D]. 叶琛珏.上海交通大学 2015
本文编号：3222766
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
各钢种总延伸率与抗拉强度的关系[10]
第一章绪论2相比较传统高强钢板，先进高强钢板在成形过程中的微观组织变化和力学行为更加复杂，因此在实际成形过程中会出现一些新的问题。以最常用的双相钢板为例，就包含了铁素体(Ferrite)和马氏体(Martensite)两种相。铁素体相较软，是基体相；马氏体相较硬，是强化相。由于马氏体和铁素体性能差异大，变形时应力、应变在两相间的分配极为不均匀，这种不协调变形会促使材料内孔洞或裂纹的产生，最终造成韧性断裂成为先进高强钢板成形中的主要失效形式。材料的断裂机制主要有两类：脆性断裂和韧性断裂。脆性断裂是指材料未经明显的变形而发生的断裂；而韧性断裂是指材料经过大量变形后发生的断裂。如图1-2所示，高强度低合金(HSLA)钢在成形中以颈缩失效为主，而DP980在成形中开裂严重。图1-2传统高强钢板和先进高强钢板成形中的主要失效形式对比Figure1-2ComparisonofthemainfailuremodesbetweenconventionalHSSsheetsandAHSSsheets我们通常设计结构简单的特征件来研究和模拟实际零件的断裂过程，结果发现先进高强钢板成形过程中，断裂总是沿着特定的方向发生和扩展。以方盒形特征件为例，成形过程中断裂仅在一个方向上发生，这与使用传统各向同性断裂模型预测的结果完全不同[11]，如图1-3所示。图1-3方盒形特征件成形中的各向异性断裂现象[11]Figure1-3Theanisotropicfracturephenomenonduringthesquarecupdrawingtest[11]
第一章绪论2相比较传统高强钢板，先进高强钢板在成形过程中的微观组织变化和力学行为更加复杂，因此在实际成形过程中会出现一些新的问题。以最常用的双相钢板为例，就包含了铁素体(Ferrite)和马氏体(Martensite)两种相。铁素体相较软，是基体相；马氏体相较硬，是强化相。由于马氏体和铁素体性能差异大，变形时应力、应变在两相间的分配极为不均匀，这种不协调变形会促使材料内孔洞或裂纹的产生，最终造成韧性断裂成为先进高强钢板成形中的主要失效形式。材料的断裂机制主要有两类：脆性断裂和韧性断裂。脆性断裂是指材料未经明显的变形而发生的断裂；而韧性断裂是指材料经过大量变形后发生的断裂。如图1-2所示，高强度低合金(HSLA)钢在成形中以颈缩失效为主，而DP980在成形中开裂严重。图1-2传统高强钢板和先进高强钢板成形中的主要失效形式对比Figure1-2ComparisonofthemainfailuremodesbetweenconventionalHSSsheetsandAHSSsheets我们通常设计结构简单的特征件来研究和模拟实际零件的断裂过程，结果发现先进高强钢板成形过程中，断裂总是沿着特定的方向发生和扩展。以方盒形特征件为例，成形过程中断裂仅在一个方向上发生，这与使用传统各向同性断裂模型预测的结果完全不同[11]，如图1-3所示。图1-3方盒形特征件成形中的各向异性断裂现象[11]Figure1-3Theanisotropicfracturephenomenonduringthesquarecupdrawingtest[11]
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属-金属层状结构复合材料研究进展[J]. 徐圣航,周承商,刘咏. 中国有色金属学报. 2019(06)
[2]金属基复合材料高通量制备及表征技术研究进展[J]. 张学习,郑忠,高莹,耿林. 金属学报. 2019(01)
[3]金属塑性成形中的韧性断裂微观机理及预测模型的研究进展[J]. 贾哲,穆磊,臧勇. 工程科学学报. 2018(12)
[4]非理想材料塑性本构关系的研究现状及发展方向[J]. 苑世剑,何祝斌,胡卫龙. 塑性工程学报. 2018(04)
[5]DP980双相热轧钢带状组织成因及控制[J]. 马德刚,王艳伍,李经哲,王建兴,王耐. 河北冶金. 2018(02)
[6]先进材料多维多尺度高通量表征技术[J]. 黄晓旭,吴桂林,钟虓,李志军. 电子显微学报. 2016(06)
[7]宏观弹塑性本构模型的研究进展[J]. 何维均,张士宏,程明,黄光杰,栾佰峰,刘庆. 塑性工程学报. 2015(03)
[8]汽车轻量化之白车身减重[J]. 钱占伟,耿富荣,雷发常,谢然. 机电工程技术. 2012(06)
[9]各向异性屈服准则的发展及实验验证综述[J]. 张飞飞,陈劼实,陈军,黄晓忠,卢健. 力学进展. 2012(01)
[10]汽车用先进高强钢的应用现状和发展方向[J]. 李扬,刘汉武,杜云慧,张鹏. 材料导报. 2011(13)
博士论文
[1]面向先进高强钢的韧性断裂预测模型研究与应用[D]. 穆磊.北京科技大学 2018
[2]QP钢应变诱发相变动力学模型及回弹特性研究[D]. 邹丹青.上海交通大学 2018
[3]高强钢板材剪切边缘局部成形性能表征与开裂预测研究[D]. 董梁.上海交通大学 2017
[4]微观机制断裂理论在高强钢材料及钢结构断裂预测分析中的应用研究[D]. 李文超.长安大学 2017
[5]纯钛及钛合金强力旋压损伤演化规律及韧性断裂预测[D]. 马浩.哈尔滨工业大学 2016
硕士论文
[1]先进高强钢边缘破裂的影响因素及预测模型研究[D]. 叶琛珏.上海交通大学 2015
本文编号：3222766
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