不同加载路径下的成形极限图研究

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金属板料塑性成形理论研究对现代工业生产制造有重大意义,目前已运用于航天航空制造、仪器制造、汽车制造、装备制造等领域,具有无可取代的地位。在板料塑性成形领域中,成形极限是评价材料成形性能的重要指标。它确定了板料在变形过程中的最大变形程度,为生产制造和产品设计提供依据,而且在改善产品质量、降低生产成本方面有巨大贡献。因此成形极限的研究成为塑性成形理论领域的重要方向。为研究材料的成形极限,学者们提出了成形极限图(Forming Limit Diagram,FLD)的重要概念。成形极限图以次应变为横坐标,主应变为纵坐标,是不同加载路径下的成形极限点组成的曲线。成形极限图的实用性很强,可以直观的分辨出材料的安全区域和失效区域,并且能够有效的避免实际生产过程中发生的破裂问题,推动了板料成形领域的发展。目前获得成形极限图的主要方法有实验法、理论计算法、数值模拟法。然而,材料的各向异性、加工硬化现象以及加载路径的变化都对成形极限有着不同程度的影响。在生产制造过程中,材料的应变路径往往不是线性的,显然,由标准实验获得的线性路径下的成形极限图用于判断复杂成形中的材料破裂是不准确的。因此,还应该对复杂应变路径下的成形极限图进行深入研究,更准确地预测材料破裂。本文综合运用理论计算法、实验法和有限元模拟法对不同加载路径下的成形极限图进行研究。首先对AZ31B镁合金进行单向拉伸实验,获得AZ31B镁合金的力学性能数据。然后进行AZ31B镁合金不同载荷比的双向拉伸实验,根据实验结果数据绘制成形极限图,并与运用有限元模拟技术所获得的成形极限图对比,验证有限元模拟的精度。进一步地应用ABAQUS有限元软件对十字形试件进行复杂加载路径下的成形极限研究,分析了预应变对成形极限图的影响。最后通过Visual C++编程软件,将常用的屈服准则和失稳准则通过编程实现,开发了一种方便快捷的可以计算并绘制成形极限图的软件,基于Hill 48屈服准则和M-K失稳准则,验证了软件功能。
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