6k21铝合金板材拉剪变形行为的研究

摘要

铝合金板材受拉剪外载荷变形的情形经常出现在汽车碰撞中。此外，板材成形过程中，有时由于受力情形复杂，经常是两向或三向外载的复合。拉剪变形情形是板材受载中常见的一种，之前国内对铝合金板材在拉剪作用力下的变形行为的研究鲜有。6k21铝合金作为6系铝合金的代表，在汽车覆盖件生产制造中经常被用到。本文主要以金属板材拉剪变形行为的研究较匮乏为出发点，通过对6k21-T4铝合金工字形试样施加水平和竖直方向的拉力，使其中间区域出现拉剪复合受载变形区来研究拉剪复合载荷下材料的变形行为。
　　通过有限元分析软件对不同轧制角?=0°、45°和90°和不同加载路径?=90°、75°、60°、45°和30°下的工字形试样进行了分析，得到了试样沿竖直方向的应力-应变曲线随?、?的变化规律。分析结果表明，材料各向异性明显出现，随着?角的减小，应力-应变曲线迅速降低。
　　通过双向线性比例加载试验装置对上述有限元分析中对应不同轧制角?和不同加载路径?下的6k21-T4铝合金工字形件进行了拉剪试验。试验中，6k21铝合金各向异性较明显；且随着?角的减小，应力-应变曲线迅速降低，同时试验的屈服强度、抗拉强度、强度系数和硬化指数等均随着?角的减小而迅速降低。试验结果跟有限元分析规律一致，有限元分析结果是可信的。
　　以拉剪变形得到的试验数据为基础，通过对不同轧制方向的试验屈服轨迹与Miss、Hill48和Barlat理论屈服轨迹进行了对比，发现工字形试样在拉剪载荷下为拉-压应力状态，试验屈服轨迹在以12?-?为坐标轴的主应力空间中的第四象限，且试验屈服点与常用于描述铝合金板材的Barlat屈服轨迹最为接近。
　　大变形中局部区域的转动效应明显，若忽略转动效应则会有虚假应变的产生，使测量的应变不准确，甚至出现谬误。拉剪变形中易于出现局部区域的较大转动。本文将和分解定理应用到板材大变形中，通过和常用于应变计算的Cauchy应变张量、Green应变张量进行理论和试验的对比，证明了和分解定理在处理变形中存在较大转动问题时计算应变和转动角的准确性及优势。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 金属材料不同加载方式国内外研究现状

1.3 拉剪试验国内外研究现状

1.4 本课题的研究意义及内容

第2章 拉剪变形试验原理

2.1 引言

2.2 拉剪试验原理

2.3 轧制角α与加载路径β角的规定

2.4 拉剪受力分析

2.5 本章小结

第3章 拉剪变形有限元分析

3.1 引言

3.2 材料机械性能的测试

3.3 拉剪变形有限元分析模型

3.4 拉剪变形有限元分析结果

3.5 本章小结

第4章 拉剪变形的试验研究

4.1 引言

4.2 试验方案及材料

4.3 拉剪应力-应变曲线分析

4.4 β对最大主应变的影响

4.5 拉剪试验屈服轨迹的研究

4.6 本章小结

第5章 拉剪变形下转动效应的研究

5.1 引言

5.2 和分解定理简介

5.3 三种变形公式计算结果的理论对比

5.4 和分解定理的试验验证

5.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢