汽车轻量化板材温热变形本构积分算法研究

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1、博士学位论文汽车轻量化板材温热变形本构积分算法研究Researchonconstitutiveintegrationalalgorithmsforautomotivelightweightsheetinwarm／hotforming学号：!!Q2星QQ兰大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使

2、用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：盗主墅量垡拯挝湿热变丝查掏塑金簋洼盟窥作者签名．．一一．煎整日期：丝!兰年—L月jL日大连理工大学博士学位论文摘要目前，热成形和温成形作为新型的成形工艺为汽车工业实现节能减排发挥了重要的作用，引起了国内外广泛的研究和关注。高强度钢板的热成形是一种将传统的冷成形和热锻技术相结合的新型制造工艺，成形过程较为复杂，包括了加热，成形，淬火等多个关键的工艺流程。温成形则多用于铝镁合金的零部件生产当中，成形温度在板料再结晶温

3、度以下。经过热成形工艺生产的高强度钢结构件及其它零部件具有强度高、成形性好、回弹小等诸多优点，在实现车身减重的同时又保证了其碰撞的安全性。相对于传统的冷成形工艺流程，温度的引入对材料在成形过程中力学性能的变化起到了关键的影响作用，是典型的热力耦合问题。又因金属材料的塑性变形依赖其自身的微观晶体结构，为了更物理地描述材料的力学行为，所建立的本构模型及其积分算法要体现微观结构的影响，以便为热成形的仿真提供更为精确和合理的模型。本文基于晶体塑性理论并结合热力学原理，建立了热力耦合的本构积分算法模型，并针对热成形过程中的应变、应变率、温度以及变温速率等影响因素

4、进行了研究，主要工作有：1．首先介绍了有关温热成形和晶体塑性的研究进展，主要对热力耦合的计算模型、汽车轻量化板材温热成形的本构模型以及晶体塑性算法的实施等方面进行了介绍。对率相关晶体塑性模型做了系统的介绍，重点分析了模型数值求解过程中由于剪切应变率自身表达式所造成的高阶非线性的处理方式。2．建立了单晶有限变形下的热力耦合计算模型。以晶体塑性理论为基础，在描述单晶运动学的总体变形梯度乘式分解当中引入温度变形梯度的作用，即在初始构形和塑性卸载构形之间引入热膨胀之后的卸载构形以反映温度变化的历史。同时结合热力学原理，分别以弹性变形梯度和塑性变形梯度为基本变量

5、建立了两种隐式的计算模型。模型采用Newton．Raphson方法进行求解以保证计算过程的稳定。以单晶1100Al为算例，计算了不同加载方向、各向异性、不同温度等因素对材料等效应力一等效应变响应的影响。依据上述的理论基础，采用向前欧拉的方法建立了相应的显式计算模型。3．对高强度钢板22MnB5在等温以及变温条件下进行了热拉伸实验研究。等温拉伸实验研究了温度在600—900℃范围内，不同应变率作用下的材料应力一应变响应。变温条件下，将22MnB5从900℃开始降温，冷却到不同的温度下开始加载，在降温的同时进行拉伸测试，主要研究材料在该热力耦合过程中的力学

6、行为。4．根据建立的单晶计算模型利用均匀化方法建立了相应的多晶计算模型。介绍了多晶模型的计算流程，计算过程中单晶应力的更新以及计算过程中晶体取向的计算等等。分别对多晶体1100A1温成形和高强度钢板22MnB5热拉伸过程中的力学行为进行了计汽车轻量化板材温热变形本构积分算法研究算，分析了温度效应、变温速率、应变率等关键因素对材料力学性能的影响。计算结果与所做的实验进行了对比分析，以验证计算模型的有效性。关键词：高强度钢板；温热变形；晶体塑性；本构积分算法大连理工大学博士学位论文ResearchonConstitutiveIntegrationalAlg

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