[发明专利]一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法

权利要求书

1.一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对金属板料进行不同切边工艺下的切边实验，用以生成不同的边部质量；

2)采用DIC设备追踪金属板料切边后的冲压成形过程，采集金属板料试样断裂瞬间局部应变分布，并根据拍摄到的照片提取断裂时刻的应变场分布，具体为取断裂前一刻Mises应变最大值作为断裂时刻的应变值；

3)根据金属板料切边后的冲压成形方式以及材料参数确定的复杂程度选择对应的韧性断裂准则；

4)对选择的韧性断裂准则中的材料参数进行参数标定；

5)根据参数标定后的韧性断裂准则定义损伤参数D作为金属板料冲压成形过程是否失效的判据；

6)根据步骤2)中得到的断裂时刻的应变值，采用有限元模拟的方式获取各切边工艺对应的边部损伤初值D₀，作为表征切边后边部质量的衡量指标；

7)将确定的各切边工艺对应的边部损伤初值D₀代入损伤参数D的表达式中，并以此实现对同种金属板料在不同切边工艺下边部开裂现象的预测。

2.根据权利要求1所述的一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法，其特征在于，所述的步骤1)中，切边工艺包括冲裁、激光切割以及电火花线切割，每种切边工艺分别对应不同的金属板料边部质量。

3.根据权利要求1所述的一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法，其特征在于，所述的步骤2)中，通过调节DIC设备的光圈值，使得高速摄像机获得较大的景深，用以捕捉到金属板料的整个变形过程，并且在不同的变形阶段设置不同的拍摄频率，用以得到准确的断裂时刻应变场分布。

4.根据权利要求1所述的一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法，其特征在于，所述的步骤3)中，韧性断裂准则一般表示为：

其中，w(σ)为与应力张量σ相关的权重函数，D_f为韧性断裂时的阈值，为断裂时的等效应变。

5.根据权利要求4所述的一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法，其特征在于，考虑不同成形过程的应力应变路径以及参数确定的复杂程度选择韧性断裂准则，满足较大范围变形路径，且材料参数的确定较为简单，则选择的韧性断裂准则表示为：

其中，L表示Lode参数，η表示应力三轴度，C₁、C₂、C₃分别为材料参数。

6.根据权利要求1所述的一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法，其特征在于，所述的步骤4)中，采用基于试验与模拟的反求分析法或曲面拟合法进行材料参数的标定，具体为：

设计不同应力状态的拉伸试样，通过DIC设备获得拉伸试样断裂时的等效应变，构建拉伸试样有限元模型，获取断裂点的应力应变数据，根据应力应变数据对成形过程的韧性断裂准则的材料参数进行拟合。

7.根据权利要求4所述的一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法，其特征在于，所述的步骤5)中，损伤参数D的表达式为：

其中，D₀表示由切边过程造成的边部损伤初值，表示后续冲压成形工艺导致的塑性累积损伤，由韧性断裂准则转化得到。

8.根据权利要求7所述的一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法，其特征在于，所述的步骤7)中，采用离散化方法，对损伤增量进行叠加计算得到最终时刻的损伤参数，并且当D的值大于等于1时，则认为发生失效出现开裂。

9.根据权利要求7所述的一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法，其特征在于，所述的步骤6)具体为：

通过不断调整边部损伤初值D₀的大小，使得成形过程有限元仿真得到的边部断裂应变与步骤2)中提取得到断裂时刻的应变值相等，此时的D₀即为对应切边工艺造成的边部损伤值。

10.根据权利要求9所述的一种考虑切边质量的金属板料冲压成形边部开裂预测方法，其特征在于，将不同切边工艺对应的边部损伤初值赋值到损伤参数D的表达式中，用以实现同种材料在不同切边工艺下边部开裂现象的精确预测。