铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法技术

本发明专利技术涉及一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法，包括基于各向异性试样的各向异性系数确定YId2000

【技术实现步骤摘要】
铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法


[0001]本专利技术涉及铝合金在高温下的断裂成型确定
，尤其是指一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法。

技术介绍

[0002]汽车轻量化已经逐渐成为汽车行业发展的趋势汽车。高强铝合金因为其密度低、强度高、抗腐蚀性好以及可循环利用等优点，在汽车轻量化产业中有着较为广泛的应用，但是铝合金在应用过程中也存在着较多问题，在室温成形时，由于铝合金在室温状态下塑性较差，流动性较差，成形性能低，容易产生回弹、破裂、起皱等失效形式。为了改善板料的成形性能，多采用HFQ技术，即热成形
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淬火一体化技术，将热处理和热成形相结合，提高了生产效率，提高了构件精度和表面质量。但是，板料在高温成形过程中，容易发生起皱和拉裂等失效形式，另外，在使用过程中，在外部载荷的作用下，零部件易发生严重变形甚至断裂失效，这些都将严重影响零部件的应用。准确的本构模型可以描述材料初始变形的发生，初始屈服的出现以及后继屈服的实现，准确的断裂准则在判断板料成形断裂上也具有十分重要的作用，所以必须将材料的各向异性和断裂准则相结合，建立合适的高温材料模型才能准确反映材料在高温下的变形和断裂现象。数字图像相关法(DIC)是一种非接触式现代光学测量实验技术，具有测量范围广和高精度等优点，DIC技术可以通过设置虚拟引伸计测量宏观应变，也可以测量整个试样各个位置的应变值。通过DIC技术替代引伸计可以测量试样在拉伸过程中的实时应变分布，为研究样品的变形行为以及失效断裂行为提供了途径。
[0003]现有技术专利号为CN201910158426.2的专利技术专利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
，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
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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。现有技术专利号为CN201910158415.4的专利技术专利公开了一种确定高强铝合金板材成形极限的方法，通过对单向拉伸试样、剪切缺口试样、圆弧缺口试样和三角缺口试样进行拉伸试验,获得试样的拉力位移曲线、弹性模量和幂函数硬化模型参数，采用有限元软件对每个高强铝合金板材试样的拉伸过程进行仿真，根据每个高强铝合金板材试样的拉力位移曲线和仿真结果,确定每个高强铝合金板材试样的应力三轴度变化数据和Lode参数变化数据；采用Lou
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Huh韧性断裂准则解析表达式求解,得到多组断裂参数值；根据预测误差小于设定阈值的多组断裂参数值,采用主应变空间函数在主应变空间内计算得到每组断裂参数值对应的成形极限曲线,多条成形极限曲线构成高强铝合金板材的成形极限图。
[0004]上述现有技术主要描述的是常温下铝合金的断裂成形极限，常温下各种断裂准则的研究已经有了充分的研究，然而适用于热成形工艺的铝合金高温断裂准则研究却甚少，无法判断材料在高温下的断裂行为；常规的传统拉伸实验只能测量试样的平均应变，无法
测量拉伸断裂过程中瞬间的应力应变分布；而且通常情况下只采用某个断裂准则去描述断裂行为，其结果可靠性不高。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中存在的技术缺陷，而提出一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法，其将Yld2000
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3d屈服准则、swift
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voce硬化模型和DF2014韧性断裂模型相结合，不仅能够准确得到铝合金塑性阶段的应力应变曲线，更好地预测其流变行为，还准确地预测了铝合金的高温断裂行为，使结果更加准确。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法，包括：
[0007]步骤一：制备三种各向异性试样，对三种各向异性试样进行各向异性实验，得到三种各向异性试样的各向异性系数，其中，三种各向异性试样包括单轴拉伸试样、平面应变试样和压缩试样；
[0008]步骤二：基于三种各向异性试样的各向异性系数确定YId2000
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3d的屈服准则参数；
[0009]步骤三：选取步骤一中获得的单轴拉伸试样的应力
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应变曲线中的塑性应力
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应变部分，根据swift
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voce硬化模型预测单轴拉伸试样颈缩后的硬化曲线；
[0010]步骤四：制备三种断裂试样，包括两端缺口试样、中心圆孔试样和剪切试样，对三种断裂试样进行拉伸实验,得到三种断裂试样的位移
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载荷曲线；
[0011]步骤五：通过DIC方法得到两端缺口试样表面沿着Y方向的第一应变值，根据所述第一应变值和基于步骤三中硬化曲线得到的第二应变值，确定所述swift
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voce硬化模型的参数；
[0012]步骤六：基于YId2000
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3d的屈服准则参数、swift
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voce硬化模型的参数和材料常数进行仿真模拟，将DF2014韧性断裂模型用于模拟三种断裂试样的拉伸过程，得到三种断裂试样的位移
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载荷曲线；
[0013]步骤七：将步骤六得到的三种断裂试样的位移
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载荷曲线与步骤四得到的三种断裂试样的位移
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载荷曲线进行拟合，确定所述DF2014韧性断裂模型的断裂参数；
[0014]步骤八：根据所述DF2014韧性断裂模型的断裂参数，得到DF2014韧性断裂准则的三维断裂面以及二维断裂轨迹。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，在步骤一中，制备三种各向异性试样，包括：
[0016]制备三种各向异性试样，分别为单轴拉伸试样、平面应变试样和压缩试样，在单轴拉伸试样和平面应变试样表面均匀喷涂一层黑色哑光底漆，再将白漆喷于黑色哑光底漆之上，形成不规则的散斑图形。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，在步骤一中，对三种各向异性试样进行各向异性实验，包括：
[0018]将单轴拉伸试样以及平面应变试样在高温热模拟试验机上进行单向拉伸实验，将压缩试样进行压缩实验，对单向拉伸实验过程进行全程拍摄，基于拍摄得到的图像，获得单轴拉伸试样和平面应变试样的应力应变曲线；
[0019]基于三个不同方向的单轴拉伸试样的应力应变曲线，获得单轴拉伸试样的三个各向异性值和三个归一化应力，以及基于所述平面应变试样中心区域的应力应变曲线获得平面应变试样的归一化应力，以及基于所述压缩试样的压缩实验得到压缩试样的各向异性值。
[0020]在本专利技术的一个实施例中，在步骤二中，基于三种各向异性试样的各向异性系数确定YId2000
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3d的屈服准则参数，包括：
[0021]将单轴拉伸试样的三个各向异性值和三个归一化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法，其特征在于：包括：步骤一：制备三种各向异性试样，对三种各向异性试样进行各向异性实验，得到三种各向异性试样的各向异性系数，其中，三种各向异性试样包括单轴拉伸试样、平面应变试样和压缩试样；步骤二：基于三种各向异性试样的各向异性系数确定YId2000
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3d的屈服准则参数；步骤三：选取步骤一中获得的单轴拉伸试样的应力
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应变曲线中的塑性应力
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应变部分，根据swift
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voce硬化模型预测单轴拉伸试样颈缩后的硬化曲线；步骤四：制备三种断裂试样，包括两端缺口试样、中心圆孔试样和剪切试样，对三种断裂试样进行拉伸实验,得到三种断裂试样的位移
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载荷曲线；步骤五：通过DIC方法得到两端缺口试样表面沿着Y方向的第一应变值，根据所述第一应变值和基于步骤三中硬化曲线得到的第二应变值，确定所述swift
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voce硬化模型的参数；步骤六：基于YId2000
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3d的屈服准则参数、swift
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voce硬化模型的参数和材料常数进行仿真模拟，将DF2014韧性断裂模型用于模拟三种断裂试样的拉伸过程，得到三种断裂试样的位移
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载荷曲线；步骤七：将步骤六得到的三种断裂试样的位移
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载荷曲线与步骤四得到的三种断裂试样的位移
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载荷曲线进行拟合，确定所述DF2014韧性断裂模型的断裂参数；步骤八：根据所述DF2014韧性断裂模型的断裂参数，得到DF2014韧性断裂准则的三维断裂面以及二维断裂轨迹。2.根据权利要求1所述的一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法，其特征在于：在步骤一中，制备三种各向异性试样，包括：制备三种各向异性试样，分别为单轴拉伸试样、平面应变试样和压缩试样，在单轴拉伸试样和平面应变试样表面均匀喷涂一层黑色哑光底漆，再将白漆喷于黑色哑光底漆之上，形成不规则的散斑图形。3.根据权利要求2所述的一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法，其特征在于：在步骤一中，对三种各向异性试样进行各向异性实验，包括：将单轴拉伸试样以及平面应变试样在高温热模拟试验机上进行单向拉伸实验，将压缩试样进行压缩实验，对单向拉伸实验过程进行全程拍摄，基于拍摄得到的图像，获得单轴拉伸试样和平面应变试样的应力应变曲线；基于三个不同方向的单轴拉伸试样的应力应变曲线，获得单轴拉伸试样的三个各向异性值和三个归一化应力，以及基于所述平面应变试样中心区域的应力应变曲线获得平面应变试样的归一化应力，以及基于所述压缩试样的压缩实验得到压缩试样的各向异性值。4.根据权利要求3所述的一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法，其特征在于：在步骤二中，基于三种各向异性试样的各向异性系数确定YId2000
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3d的屈服准则参数，包括：将单轴拉伸试样的三个各向异性值和三个归一化应力、平面应...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓蕾，罗模芳，王子健，梁肖，邓建林，
申请(专利权)人：江西豪斯特汽车零部件有限公司浙江豪斯特汽车零部件有限公司，
类型：发明
国别省市：