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从力学的观点来看,金属塑性成形是一个包含材料非线性、接触非线性以及不断变化的边界条件等诸多因素的动态摩擦接触问题。由于在成形过程中材料受到复杂因素的影响,出现损伤、断裂、疲劳、磨损和腐蚀等力学行为所引起的材料破坏现象,严重的影响了产品的承载能力。而如何能够准确的鉴定和评估材料的性能和质量,预测其失效和破坏的过程,并合理的对所设计对象进行修改和优化则成为了目前首要解决的问题。本文旨在以理论分析、试验研究以及有限元模拟相结合的方法探讨金属材料在塑性成形过程中的力学行为和损伤失效机制。另外,通过本文介绍的方法应用于实际生产实践中,可为企业改进优化生产工艺参数提供理论依据。本文的主要研究工作如下:(1)基于Lemaitre各向同性损伤模型理论,编写用户材料子程序UMAT,并嵌入ABAQUS/Standard的接口中,可以有效的针对金属板材(SS400)的反挤压成形过程进行有限元隐式求解。在数值模拟的过程中,采用mesh-to-mesh网格重划分技术对应力应变集中区域的网格进行重划分,使得在大变形过程中畸变的网格通过数值转换得到规律的网格,以实现计算的收敛性并加强对局部计算精度的控制。计算结果表明,损伤的集中区域为材料与凹模刃口接触的流出方向的狭长区域,并随着凸模压加量的增加以及凹模刃口半径的减小而急剧上升。(2)考虑到AZ31B镁合金材料的各向异性特性和对成形温度的高度敏感性,将各向异性损伤模型引入到有限元程序框架中,对AZ31B镁合金管材在不同温度下热态内压成形过程进行模拟,并对其材料损伤演化规律及破坏形式进行预测。在对其数值模拟过程中,将Barlat各向异性屈服准则与Lemaitre各向异性损伤理论编入商业有限元软件ABAQUS的用户材料子程序VUMAT中,计算得到管材环向和轴向的损伤量。结果表明环向损伤量通常大于轴向损伤量,是影响其失效判据的主要因素,且通过提高成形温度和优化加载路径方式,可以有效的减缓材料的损伤演化进程并提高试件的成形质量。设计并完成相关管材热态内压试验,验证了数值模拟结果的有效性。(3)为了全面了解镁合金在塑性成形过程中材料的损伤演化及破坏机制,以宏观损伤力学和细观损伤力学理论为基础,分别依据M-K损伤模型理论,连续介质各向异性损伤模型理论和GTN细观损伤模型理论,对AZ31镁合金板材的温热冲压成形过程进行有限元数值模拟。在数值模拟过程中,分别将Hill48和Yld2000-2d各向异性屈服准则引入到材料的本构方程中,以体现AZ31镁合金板材在成形过程中所表现出的各向异性特性。通过编写用户材料子程序VUMAT将损伤模型嵌入到商业有限元ABAQUS/Explict的接口中,应用显式求解器求解并得到AZ31镁合金板材在温热冲压过程中的成形极限图和轧向、横向的损伤演化情况以及成形过程中的孔洞百分比等数据,验证金属材料塑性成形过程中的由于微孔洞形核、增长和微孔洞的聚合、串联所引起的材料失效的韧性损伤机制。