【摘 要】
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随着汽车轻量化的普及,越来越多的镁合金材料被用于汽车部件,与此同时,汽车的被动安全性能不容忽视。结构的安全性一方面取决于所用材料的力学性能,另一方面也与结构的耐撞性相关。而在汽车的构架中,金属的应用一般是薄壁管结构,因此研究镁合金材料的力学性能以及镁合金薄壁管的耐撞性能具有重要意义。本文首先对AZ31B镁合金挤压成型薄壁管材料进行了准静态单轴拉伸、圆形缺口拉伸（R20、R5和R2.4）、直角缺口拉
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随着汽车轻量化的普及,越来越多的镁合金材料被用于汽车部件,与此同时,汽车的被动安全性能不容忽视。结构的安全性一方面取决于所用材料的力学性能,另一方面也与结构的耐撞性相关。而在汽车的构架中,金属的应用一般是薄壁管结构,因此研究镁合金材料的力学性能以及镁合金薄壁管的耐撞性能具有重要意义。本文首先对AZ31B镁合金挤压成型薄壁管材料进行了准静态单轴拉伸、圆形缺口拉伸（R20、R5和R2.4）、直角缺口拉伸、剪切、压缩和1/s至1000/s应变率的单轴拉伸力学实验。实验结果表明AZ31B镁合金材料塑性硬化曲线有着拉压不对称特性和明显的正应变率效应,同时材料的断裂应变也表现出了明显的应变率效应,而且由于材料所处应力状态的不同其断裂应变也有着差异。基于AZ31B镁合金材料力学特性对Johnson-Cook硬化模型和损伤模型进行改进。根据AZ31B镁合金材料的拉压不对称特性将Johnson-Cook硬化模型的硬化项根据应力三轴度分工况表示为可以描述拉伸和压缩硬化的两种函数形式;在原始Johnson-Cook损伤模型的基础上采用不同的函数分段表示材料的断裂应变;并对硬化和损伤模型的应变率项进行了改进。改进后的硬化和损伤模型对材料力学行为的预测精度有了明显提升。将改进的理论模型开发进LS-DYNA软件的UMAT用户子程序中,并通过实验对开发模型进行验证,发现仿真与实验结果一致性较好,说明了本研究所开发材料子程序模型在仿真应用中的正确性。对AZ31B镁合金薄壁方管和圆管进行不同长径比（1至4）、不同加载速度（3mm/min至5m/s）的轴向压缩实验以及准静态的三点弯曲实验,并分析了不同规格薄壁管变形断裂的规律和特点。根据实验的工况采用开发的UMAT子程序对薄壁管进行有限元仿真验证,验证结果显示开发的子程序模型能够较好地模拟镁合金薄壁管复杂工况的受力情况和屈曲断裂行为。最后根据AZ31B材料的力学特征,以提升镁合金管承载和能量吸收能力为目标设计了三类新型镁合金薄壁结构:纵向厚度梯度变化薄壁管、泡沫铝填充的镁合金薄壁管以及镁、铝合金复合的双层/三层管。将设计的新型结构进行轴向压缩有限元仿真,采用SEA（比吸能）、SCF（比冲击力）等结构耐撞性指标对新型结构进行评估,结果发现镁、铝合金复合管具有较强的承载和吸能能力。本文图53幅,表15个,参考文献81篇。
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