金属板材弹塑性参数测定及板材拉深研究

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通常宏观上把金属材料视为均匀材料,实际上金属板材是由大量微小晶粒集合而成的多晶体,这使得金属材料表现为各向异性。金属多晶体的各向异性程度取决于晶粒本身以及晶粒的取向分布。Hosford屈服函数能够很好地描述金属板材的屈服和塑性变形,但其对主应力方向的要求具有局限性,仅适用于三个主应力方向与金属板材正交对称轴方向一致的情况。为此本文在Hosford屈服函数中引入织构系数,建立了广义Hosford屈服函数。其不但能够真实地描述金属板材屈服和塑性变形,而且适用于任意应力状态。本文通过包含晶粒取向分布效应的金属板材弹性本构,给出金属板材的弹性常数与板材织构系数的关系。通过推导出的广义Hosford屈服函数,给出屈服函数中的塑性参数与板材织构系数的关系。依此找出了金属板材弹性参数和塑性参数的关联性,给出仅靠单轴拉伸实验数据就能确定金属板材所有弹性和塑性参数的计算表达式。在100k N电子万能材料试验机Zwick-Z100上对铝板和钢板进行单向拉伸实验,通过计算获得铝板和钢板的所有弹、塑性参数值。Hosford屈服函数指数参数η≥2取值不同,形成不同的Hosford屈服函数,对不同金属材料的屈服和变形拟合较好。但一直以来,对于不同的金属材料,Hosford屈服函数中指数参数的确定是一大重点和难点。通过铝板和钢板的单向拉伸实验计算得到的指数参数η值离散性较大。本文利用拉深冲杯成形实验,找到拉深冲杯杯高与指数参数η值的一一对应关系,得到了通过拉深冲杯实验计算指数参数η值的方法。对0.8mm厚5052铝合金进行拉深冲杯实验,通过冲杯杯高测量,计算得到了铝合金指数参数η值。采用Dynaform有限元软件对铝板拉深冲杯过程进行有限元模拟。在有限元模拟过程中保证有限元屈服函数和材料参数与实际铝板拉深实验一致,并将计算得到指数参数η值作为已知进行拉深冲杯有限元模拟。将有限元软件模拟杯高与实验杯高进行对比,来验证通过拉深冲杯实验计算指数参数η值的方法的可行性,其结果较好。通过Dynaform分析了不同屈服函数对拉深冲杯模拟结果的影响,并进行了金属板材q值的有限元计算。
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