论文部分内容阅读
摘要：AA3104铝合金为最广泛应用的罐体材料之一。罐体经常采用冲压工艺制造,涉及多种应变路径下材料的成形性能。成形极限曲线(forming limit curve, FLC)描述了材料失稳前的极限应变状态,对冲压工艺的合理制定有重要的指导意义。本文首先通过退火处理,获得H22态和O态两种状态的AA3104铝板；然后以金相观察、拉伸试验和Nakajima试验的方法评价了两种状态材料的微观组织和成形性能,并为后续模拟提供对比数据；最后采用有限元方法(finite element method, FEM)模拟Nakajima试验,预测了两种状态板材的FLC,研究了成形过程中应变路径的变化及其影响。主要结果及结论如下：(1)冷轧态铝合金经400℃×3min退火后发生明显的再结晶,形成等轴状晶粒组织,获得O态合金。随着保温时间延长至10min,晶粒尺寸有一定长大但不显著。同一冷轧态铝板经300℃×90min退火后,晶粒形状与冷轧态相比没有发生明显变化,晶粒形状呈纤维状,获得H22态合金。O态的断裂延伸率高于H22态,但硬度、屈服强度和抗拉强度更小,表明前者塑性好于后者但强度降低。(2)FEM模拟Nakajima试验的结果表明,Nakajima试验中应变路径相对非线性。在无摩擦状态下,变形试样拱顶处应变路径的非线性程度随FLC区域而变化,在等双轴拉伸区非线性程度较小,在单轴拉伸和平面应变区则非线性显著。在较大的摩擦系数下,应变最大位置随着变形量的增加而偏离拱顶,应变路径也与无摩擦状态下的不同。摩擦的增大使得双轴拉伸区的应变路径偏向主应变轴。(3)在FEM模拟结果的基础上,考察Pepelnjak及其合作者提出的最大应变加速度(maximum strain acceleration)失稳准则,修改失稳位置的判断步骤,使之能够用于摩擦系数较大、失稳位置偏离试样拱顶情况下的FLC预测。(4)对于上述两种状态的板材,基于FEM模拟和上述失稳准则所得到的FLC与实验结果符合较好。基于经典的Marciniak-Kuczynski(M-K)理论计算得到的FLC与实验结果相比偏差较大。表明考虑实际成形试验中应变路径变化的方法能够更加精确地预测FLC。