AZ31镁合金板材热态下成形极限图的理论预测与数值模拟

摘要

成形极限图(Forming Limit Diagram，简称FLD)可以通过展现板材所能承受的最大主应变和次应变直观地表征板材的成形性能，是用来预测和解决金属板材冲压成形问题最为简便和直观的工具。近年来，镁合金的成形极限研究受到了广泛关注，一些学者在试验获得镁合金FLD方面进行了研究，而对通过理论预测计算和有限元数值模拟获得镁合金FLD方面的研究还鲜有报导。因此，开展镁合金板材热态下FLD的理论预测和有限元数值模拟研究对镁合金材料的进一步发展及应用具有重要的理论意义和应用价值。
　　 本文以M-K理论为基础，结合不同的屈服准则，对AZ31镁合金板材热态下的成形极限进行了理论预测，讨论了各种材料参数对理论预测结果的影响规律，通过比较获得了不同温度下基于Logan-Hosford屈服准则和Hill79屈服准则进行AZ31镁合金板材成形极限预测时较为理想的屈服准则参数，得到了AZ31镁合金板材不同温度下较为理想的成形极限理论计算模型;基于陈劼实提出的韧性断裂准则结合成形极限试验的数值模拟对AZ31镁合金板材不同温度下的FLD进行了模拟计算，提出了AZ31镁合金板材不同温度下屈服准则参数的表达式，对于不同温度下材料破裂前所能承受的总塑性功的变化规律进行了分析。
　　 通过研究获得如下结论:
　　 (1)材料的基础力学参数以及各向异性屈服准则中的指数参数对成形极限的理论预测结果有很大影响。预测成形极限曲线分别随着材料的应变硬化指数和应变速率敏感指数的增大以及各向异性指数的减小而上升;各向异性屈服准则中指数参数的大小对预测成形极限图的左半部分影响都不显著，而在右半部分，Logan-Hosford屈服准则中指数参数的增大和Hill79屈服准则中指数参数的减小都使理论预测成形极限曲线显著下降。
　　 (2)不同温度下适用于AZ31镁合金板材成形极限理论预测的屈服准则不尽相同。在150℃时，基于Hill79屈服准则的预测结果与试验数据吻合程度较高，而在200℃和250℃时，基于Logan-Hosford屈服准则的预测结果较好。但综合看来，Logan-Hosford屈服准则更适用于AZ31镁合金板材热态下成形极限的理论预测。
　　 (3)利用陈劼实提出的韧性断裂准则，结合成形极限试验的数值模拟，采用本文提出的对于AZ31镁合金板材不同温度下准则中参数P和Q的表达式，能较准确地预测AZ31镁合金板材变形过程中的极限应变。随着变形温度的升高，镁合金发生破裂前所能承受的总塑性功减小，并且在较低温度水平时，其大小对于温度变化的敏感性较高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 镁合金概述

1．1．1 镁及其合金

1．1．2 镁合金的应用

1．1．3 镁合金塑性变形特点

1．2 成形极限图概述

1．2．1 板材成形极限的概念

1．2．2 成形极限图的提出

1．2．3 成形极限图的应用

1．2．4 成形极限图的获得方法

1．3 镁合金成形极限图的研究现状

1．4 本课题研究的目的及内容

第二章 热态下AZ31镁合金FLD的理论预测

2．1 M-K理论预测模型

2．1．1 M-K模型

2．1．2 计算方法的选择

2．1．3 理论计算的实现

2．1．4 初始厚度不均度的确定

2．2 各种屈服准则

2．2．1 Von Mises屈服准则

2．2．2 Hill48屈服准则

2．2．3 Logan-Hosford屈服准则

2．2．4 Hill79屈服准则

2．3 镁合金热态下的力学性能

2．4 理论预测结果与分析

2．4．1 屈服准则中指数参数的影响

2．4．2 材料参数对预测结果的影响

2．4．3 基于不同屈服准则预测结果比较

2．5 本章小结

第三章 热态下AZ31镁合金FLD的数值模拟

3．1 基于韧性损伤理论的韧性断裂准则

3．1．1 韧性损伤理论概述

3．1．2 几种常见的韧性断裂准则

3．1．3 陈劼实韧性断裂准则

3．2 成形极限试验的数值模拟

3．2．1 单元类型的选择

3．2．2 有限元模型的建立

3．2．3 接触与摩擦的处理

3．2．4 相关工艺参数的设置

3．2．5 材料类型的选择与参数的设定

3．3 基于模拟结果的FLD预测

3．3．1 计算的实现

3．3．2 韧性屈服准则中参数的确定

3．3．3 预测FLD与试验数据的比较

3．4 模拟计算结果与理论计算结果比较

3．5 本章小结

第四章 总结

4．1 结论

4．2 展望

参考文献

致谢

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