硼钢高温本构方程及基于Lemaitre理论的损伤演化模型

摘要

节约能源和保护环境问题越来越得到人们的重视，随着人们意识的提高，对汽车的安全性、可靠性、环保性、舒适性等要求逐步提高，各大汽车制造公司为了提高产品的质量，不断创新和改进新的制造方法与制造工艺，从汽车的结构设计和开发新材料两个方面试图减轻汽车的重量。在汽车制造方面，对超高强钢的使用可以同时满足汽车轻量化方面的要求和对汽车安全性能的要求。所以，热成形硼钢也得到了研究者的广泛关注。与传统的实验方法不同，使用数值模拟不仅实施方便、节省资金的投入，其结果具有一定的指导意义。通过对本构模型的分析可以对此种材料本构模型的选择以及研究思路提供帮助。本文以B1500HS硼钢板为研究对象，对其单向热拉伸性能进行研究，对其在整个高温热拉伸中的拉伸过程、断裂过程分别进行了研究，并对其在不同温度不同应变速率下的拉伸以及断裂的本构模型进行了分析。
　　通过单向热拉伸实验，计算得到各相应测试条件下的真应力-真应变曲线，分析了变形温度和应变速率对流变应力的影响，研究了硼钢B1500HS奥氏体状态下Arrhenius本构模型，计算结果表明:变形温度和应变速率对流变应力影响显著，该模型的计算结果与实验数据的吻合度较好。对已有的本构模型进行比较研究，采用Hensel-Spittel模型、Nemat-Nasser模型、Tong-Wahlen模型和Norton-Hoff模型分别描述硼钢B1500HS流动应力，并通过相关系数、平均相对误差、均方差等数理统计方法对各模型预测的准确性进行评估。根据硼钢流动应力曲线的特点对Norton-Hoff模型进行了修正，分析结果表明:修正后的NortomHoff模型对硼钢B1500HS的流动应力的预测更精确。
　　推导了Lemaitre韧性损伤准则的演化过程。借助FORGE软件对硼钢在不同温度、不同应变速率下的拉伸断裂行为进行数值模拟，通过Lemaitre韧性损伤准则描述硼钢的断裂行为，利用modeFRONTIER软件对Lemaitre韧性损伤模型的参数进行优化，并与实验数据相比较，发现数值模型采用优化后的Lemaitre韧性损伤模型可以对硼钢高温拉伸断裂过程获得较好的仿真效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 汽车用超高强度钢板的相关研究进展

1．2．2 硼钢在高温状态下本构模型的相关研究进展

1．2．3 硼钢韧性断裂准则的相关研究进展

1．3 本文主要研究内容

第2章 本构模型理论

2．1 典型热变形应力应变曲线

2．2 流变应力数学模型的建立

2．3 金属在热塑性变形中的软化及硬化作用机理

第3章 硼钢B1500HS奥氏体状态下Arrhenius本构模型

3．1 引言

3．2 实验设备及方法

3．3 实验结果及分析

3．4 本构模型的建立

3．4．1 系数β和n1求解方法

3．4．2 系数n、A和Q求解方法

3．4．3 各系数的回归方程

3．4．4 计算值与实验值的对比

3．5 本章小结

第4章 几种唯象／物理本构模型的比较研究

4．1 引言

4．2 数学模型

4．3 三种模型的回归分析及比较

4．4 修正的Norton-Hoff模型

4．4．1 与Brosius提出的Norton-Hoff模型的对比

4．4．2 与Hensel-Spinel模型的比较

4．5 本章小结

第5章 硼钢高温Lemaitre损伤模型研究

5．1 引言

5．2 基于损伤力学的Lemaitre损伤模型

5．2．1 基本概念

5．2．2 损伤演化的动力学定律

5．2．3 在压缩过程中考虑裂纹闭合效应的Lemaitre破坏准则

5．3 拉伸实验的数值模拟

5．3．1 对实验过程的模拟及参数的设置

5．3．2 本构模型的选用

5．3．3 参数的优化

5．4 实验结果

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况