[發明專利]鋁合金高溫各向異性本構模型和斷裂模型的建立方法

在審

• 申請號: 202310510344.6
• 申請日: 2023-05-08
• 公開（公告）號: CN116629048A
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 張曉蕾;羅模芳;王子健;梁肖;鄧建林
• 申請（專利權）人: 蘇州大學;江西豪斯特汽車零部件有限公司;浙江豪斯特汽車零部件有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 李柏柏

本發明涉及一種鋁合金高溫各向異性本構模型和斷裂模型的建立方法，包括基于各向異性試樣的各向異性系數確定YId2000?3d的屈服準則參數；根據DIC方法得到的第一應變值和硬化曲線得到的第二應變值確定swift?voce硬化模型的參數；基于屈服準則參數、swift?voce硬化模型參數和材料常數進行仿真模擬，得到斷裂試樣位移?載荷曲線；將其與實驗得到的位移?載荷曲線進行擬合，確定DF2014韌性斷裂模型的斷裂參數；根據斷裂參數得到三維斷裂面及二維斷裂軌跡。本發明將swift?voce硬化模型和DF2014韌性斷裂模型相結合，不僅能夠準確得到鋁合金塑性階段的應力應變曲線，更好地預測其流變行為，還準確地預測了鋁合金的高溫斷裂行為，使結果更加準確。

技術領域

本發明涉及鋁合金在高溫下的斷裂成型確定技術領域，尤其是指一種鋁合金高溫各向異性本構模型和斷裂模型的建立方法。

背景技術

汽車輕量化已經逐漸成為汽車行業發展的趨勢汽車。高強鋁合金因為其密度低、強度高、抗腐蝕性好以及可循環利用等優點，在汽車輕量化產業中有著較為廣泛的應用，但是鋁合金在應用過程中也存在著較多問題，在室溫成形時，由于鋁合金在室溫狀態下塑性較差，流動性較差，成形性能低，容易產生回彈、破裂、起皺等失效形式。為了改善板料的成形性能，多采用HFQ技術，即熱成形-淬火一體化技術，將熱處理和熱成形相結合，提高了生產效率，提高了構件精度和表面質量。但是，板料在高溫成形過程中，容易發生起皺和拉裂等失效形式，另外，在使用過程中，在外部載荷的作用下，零部件易發生嚴重變形甚至斷裂失效，這些都將嚴重影響零部件的應用。準確的本構模型可以描述材料初始變形的發生，初始屈服的出現以及后繼屈服的實現，準確的斷裂準則在判斷板料成形斷裂上也具有十分重要的作用，所以必須將材料的各向異性和斷裂準則相結合，建立合適的高溫材料模型才能準確反映材料在高溫下的變形和斷裂現象。數字圖像相關法(DIC)是一種非接觸式現代光學測量實驗技術，具有測量范圍廣和高精度等優點，DIC技術可以通過設置虛擬引伸計測量宏觀應變，也可以測量整個試樣各個位置的應變值。通過DIC技術替代引伸計可以測量試樣在拉伸過程中的實時應變分布，為研究樣品的變形行為以及失效斷裂行為提供了途徑。

現有技術專利號為CN201910158426.2的發明專利公開了一種高強鋁合金板材的斷裂成形極限圖建立方法及系統，涉及板材成形極限確定技術領域，通過單向拉伸試驗、平面應變試驗和雙向等拉試驗三種應力狀態穩定的試驗組合方案來獲取包括斷裂起始應變和斷裂結束應變的斷裂準則相關力學變量；然后依據此力學變量和Lou-Huh韌性斷裂準則確定兩組斷裂參數；最后根據兩組斷裂參數計算成形極限曲線,繪制具有破裂區、危險區以及安全區的斷裂成形極限圖。現有技術專利號為CN201910158415.4的發明專利公開了一種確定高強鋁合金板材成形極限的方法，通過對單向拉伸試樣、剪切缺口試樣、圓弧缺口試樣和三角缺口試樣進行拉伸試驗,獲得試樣的拉力位移曲線、彈性模量和冪函數硬化模型參數，采用有限元軟件對每個高強鋁合金板材試樣的拉伸過程進行仿真，根據每個高強鋁合金板材試樣的拉力位移曲線和仿真結果,確定每個高強鋁合金板材試樣的應力三軸度變化數據和Lode參數變化數據；采用Lou-Huh韌性斷裂準則解析表達式求解,得到多組斷裂參數值；根據預測誤差小于設定閾值的多組斷裂參數值,采用主應變空間函數在主應變空間內計算得到每組斷裂參數值對應的成形極限曲線,多條成形極限曲線構成高強鋁合金板材的成形極限圖。

上述現有技術主要描述的是常溫下鋁合金的斷裂成形極限，常溫下各種斷裂準則的研究已經有了充分的研究，然而適用于熱成形工藝的鋁合金高溫斷裂準則研究卻甚少，無法判斷材料在高溫下的斷裂行為；常規的傳統拉伸實驗只能測量試樣的平均應變，無法測量拉伸斷裂過程中瞬間的應力應變分布；而且通常情況下只采用某個斷裂準則去描述斷裂行為，其結果可靠性不高。

發明內容