金属板材单向拉伸分散性失稳变形行为研究

摘要

由单向拉伸试验获得的真应力应变数据是表征材料性能的重要参数，而且也是判断材料强度以及抵抗变形能力的依据。通常情况下真应力应变数据是基于拉伸试件体积不变的假设，由工程应力应变换算得到的。这种计算方法只适用于均匀变形阶段，当发生分散性失稳不均匀变形后，这种方法便不再适用。因此本文对金属板材分散性失稳阶段的变形行为进行研究，以获取矩形截面试件大范围的真应力应变，从而应用于模拟，指导工程实践。主要研究内容及结论如下：　　选用厚度均为1mm的304不锈钢、ST12冷轧钢和5052铝合金板料为研究对象。按照国标设计了拉伸试件，采用丝印方法将圆形网格印制于试件。通过非接触式测量方法分析了拉伸试件上网格变形前后的尺寸变化，研究了试件在分散性失稳变形阶段的变形行为。同时通过均匀变形阶段网格变形前后的尺寸变化得到了试件的厚向异性系数，从而得到了试件在分散性失稳阶段的任一时刻的最小截面面积，进而得出试件在整个变形阶段的真应力应变。　　使用引伸计进行拉伸试验，经数据处理得到试件在均匀变形阶段的真应力应变。将网格法和引伸计法获得的结果进行比较分析，最大相对误差为4.2%，验证网格法的可行性，网格非接触式测量方法可获得金属板料大塑性变形条件下的真应力应变曲线。　　依据颈缩失稳后体积不变的基本假设，推导计算出了颈缩时刻的临界宽度值和颈缩段的原始长度，进而给出一种计算金属板料在分散性失稳阶段真应力真应变的理论计算公式。基于网格法拉伸试验的力伸长量曲线即可获得试件在分散性失稳阶段真应力真应变。通过比较网格法和理论法获得的结果，最大相对误差为1.8%，验证理论公式的准确性。　　将通过网格非接触式测量方法获取的应力应变数据，应用于Abaqus有限元软件中建立了单向拉伸的仿真模型，比较模拟输出的力行程曲线和试验的力行程曲线，相对误差均小于5%，进一步验证网格法和理论公式结果的准确性。

目录

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第1章 绪 论

1.1引言

1.2研究目的和意义

1.3研究现状

1.3.1国内研究现状

1.3.2国外研究现状

1.4研究内容

1.5本章小结

第2章 金属板材塑性变形的理论基础

2.1引言

2.2 R.Hill各向异性屈服准则

2.3金属材料弹塑性理论

2.4失稳理论

2.4.1 Swift分散性失稳理论

2.4.2 R.Hill集中性失稳理论

第3章 网格法拉伸试验研究

3.1引言

3.2试验设备

3.3试样的制备与材料的选取

3.4拉伸试件上网格的印制

3.5基本力学性能试验

3.5.1试验过程

3.5.2试验结果分析

3.6试验数据处理

3.6.1基于引伸计的试验数据处理

3.6.2基于网格测量的数据处理

3.6.3基于网格法的应力应变计算方法

3.6.4基于网格法的应力应变计算结果

3.6.5试验结果比较分析

3.7本章小结

第4章 矩形截面试件真应力应变解析方法

4.1引言

4.2金属板料真应力应变

4.3金属板料颈缩段真应力应变计算模型

4.4理论计算结果

4.5误差分析

4.6本章小结

第5章 有限元模拟验证

5.1引言

5.2 Abaqus仿真软件介绍

5.3基于Abaqus的非线性分析

5.3.1非线性材料属性的定义

5.3.2 Abaqus中的屈服模型

5.3.3硬化模型

5.4建立拉伸试件仿真模型

5.4.1试件模型的建立

5.4.2定义材料参数

5.4.3输出项设置

5.4.4单元属性

5.4.5设置载荷与边界条件

5.4.6提交分析作业

5.5模拟结果分析

5.5.1拉伸试件应力应变云图

5.5.2力位移曲线

5.6本章小结

结论

参考文献

致谢