超高强度钢板热变形动态损伤劣化评价模型及成形极限预测

摘要

随着汽车轻量化和安全性能要求的提高，超高强度钢被广泛运用到汽车车身结构件中，热冲压成形随之应运而生。损伤断裂是板材冲压过程中最为常见的缺陷。为了研究超高强钢热变形过程的损伤演变，本文对BR1500HS超高强度钢板在非奥氏体化处理和奥氏体化处理两种条件下不同温度和应变速率条件下进行单向热拉伸试验。分析了该材料在不同变形条件下的变形断裂机制和流变特征；建立了本构关系和归一化损伤模型；运用数字模拟方法绘制了BR1500HS超高强度钢在不同温度下的成形极限图。本文的主要的研究内容及结论如下：
　　①分析了奥氏体化处理后高温拉伸试样的外观形貌和断口形貌。试样在所有变形条件下都发生局部缩颈现象。在600℃、750℃和800℃时，只出现了一处局部缩颈，并且局部缩颈出现在试样的中心位置，试样也在该处断裂。然而在850℃，900℃和950℃拉伸变形时，所有的试样都出现了两处缩颈，并且缩颈的位置基于试样的中心对称。试样中心为奥氏体组织，两端为铁素体组织，铁素体为软相，试样的断裂发生在铁素体相区，并且试样断裂发生在其中的一个缩颈处。
　　②由不同温度和应变速率下的真实应力-应变曲线可知，材料在铁素体相区变形时只发生动态回复变形机制，在奥氏体变形区间只发生不连续动态再结晶变形机制。通过真实应力-应变数据分别建立了非奥氏体化处理和奥氏体化处理两种情况下考虑动态回复和动态再结晶软化机制的改进JC本构方程。经过比较分析，所建立的两个本构方程的预测值和实验值之间都具有较高的吻合性，其相关系数分别为0.997981和0.996518，预测数据与实验值的相对误差绝大多数分别分布在-2.7232％~6.2162%之间和3.354%~3.740%之间。
　　③通过对 ABAQUS有限元软件进行二次开发，分别将建立的两个本构方程和Normalized Cockroft-Latham韧性断裂准则耦合到有限元软件中，利用回归分析分别建立两种条件下的考虑温度和应变速率对损伤影响的归一化韧性损伤准则。
　　④建立成形极限实验有限元模型，将BR1500HS高强度钢板的本构方程和归一化损伤模型耦合嵌入该模型中，进行模拟计算获得该材料在非奥氏体化处理和奥氏体化处理条件下不同温度的成形极限图。

目录

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目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 热冲压成形工艺概述

1.3 韧性损伤概述

1.4 课题研究目的

1.5 本文的主要研究内容

2 奥氏体化处理超高强度钢高温变形行为

2.1 奥氏体化处理热拉伸实验

2.2 奥氏体化处理超高强度钢高温拉伸试验结果

2.3 奥氏体化处理超高强度钢本构关系的计算

2.4 本章小结

3 非奥氏体化处理高强度钢板高温变形行为

3.1 非奥氏体化处理热拉伸实验

3.2 非奥氏体化处理超高强度钢本构关系的计算

3.3 本章小结

4 BR1500HS超高强度钢韧性损伤模型的建立

4.1 损伤模型建立

4.2 改进的本构方程和损伤模型的数字算法实现

4.3 非奥氏体化处理损伤模型参数求解

4.4 奥氏体化处理损伤模型参数求解

4.5 本章小结

5 基于有限元计算的成形极限预测

5.1板料成形极限概念

5.2 成形极限图的有限元预测

5.3结果分析

5.4 绘制成形极限图

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B 作者在攻读学位期间参与项目