[发明专利]一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立方法及系统

说明书

本发明公开了一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立方法及系统，涉及板材成形极限确定技术领域，包括首先通过单向拉伸试验、平面应变试验和双向等拉试验三种应力状态稳定的试验组合方案来获取包括断裂起始应变和断裂结束应变的断裂准则相关力学变量；然后依据此力学变量和Lou‑Huh韧性断裂准则确定两组断裂参数；最后根据两组断裂参数计算成形极限曲线，绘制具有破裂区、危险区以及安全区的断裂成形极限图。本发明通过简单易实施的试验手段，结合适用性更强的新理论方法来实现高强铝合金板材的成形极限图的建立，既避免了试验获取成形极限图的繁琐性，又解决了传统理论对高强铝合金板材的不适用性，还有效避免了新理论方法实现过程中存在的典型问题。

技术领域

本发明涉及板材成形极限确定技术领域，特别是涉及一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立方法及系统。

背景技术

随着汽车工业轻量化的持续发展，具有低密度及高强度等优势的高强铝合金板材被广泛应用于汽车生产制造。然而，高强铝合金板材塑性低、成形性能差，改善这类材料的成形性能是一个需要解决的问题，同时，准确地预测该类材料的成形极限同样是一个需要解决的重要问题。

成形极限图可以预测和判定金属板材成形过程中的破裂现象，是分析板料成形性能的重要工具。成形极限图的获取通常有试验方法和理论方法。试验方法通过大量的板材试件胀形试验，在不同应变路径条件下获得材料变形的极限应变数据点，将这些数据点绘制在以第一主应变为纵坐标、第二主应变为横坐标的坐标系内，然后连线形成金属板材成形极限曲线。理论方法通过建立可靠的数学模型预测板材塑性变形的极限，从而得到金属板材的成形极限图。对于塑性较好的普通钢板，拉伸断裂前有明显的颈缩现象，建立成形极限图的理论是基于经典弹塑性力学的拉伸失稳理论，比如Swift拉伸失稳理论、Hill拉伸失稳理论、MK模型及其修正模型。然而，高强铝合金板材的拉伸断裂行为异于普通钢板，断裂前没有明显的颈缩现象发生。因此，基于拉伸失稳理论建立该类材料的成形极限图失去了理论依据和有效性。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立方法及系统，通过简单易实施的试验手段，结合适用性更强的新理论方法来实现高强铝合金板材的成形极限图的建立，既避免了试验获取成形极限图的繁琐性，又解决了传统理论对高强铝合金板材的不适用性，还有效避免了新理论方法实现过程中存在典型问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立方法，包括：

制备三种试验试样；所述试验试样分别为单向拉伸试验试样、平面应变试验试样以及双向等拉试验试样；

将三种所述试验试样放置在万能材料试验机上对应进行单向拉伸试验、平面应变试验以及双向等拉试验，得到第一力-位移曲线、第二力-位移曲线以及第三力-位移曲线；所述第一力-位移曲线为将单向拉伸试验试样放置在万能材料试验机上进行单向拉伸试验得到的曲线；所述第二力-位移曲线为将平面应变试验试样放置在万能材料试验机上进行平面应变试验得到的曲线；所述第三力-位移曲线为将双向等拉试验试样放置在万能材料试验机上进行双向等拉试验试样得到的曲线；

确定断裂起始位移和断裂结束位移；所述断裂起始位移为力-位移曲线上最大力点对应的位移，所述断裂结束位移为力-位移曲线上完全失载点对应的位移；所述第一力-位移曲线上最大力点对应的位移为第一断裂起始位移；所述第一力-位移曲线上完全失载点对应的位移为第一断裂结束位移；所述第二力-位移曲线上最大力点对应的位移为第二断裂起始位移；所述第二力-位移曲线上完全失载点对应的位移为第二断裂结束位移；所述第三力-位移曲线上最大力点对应的位移为第三断裂起始位移；所述第三力-位移曲线上完全失载点对应的位移为第三断裂结束位移；

根据所述第一力-位移曲线，计算弹性模量以及拟合幂函数硬化模型；

在有限元软件中，依据所述弹性模量和所述幂函数硬化模型，建立材料力学模型；