先进高强钢边缘破裂的影响因素及预测模型研究

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1、上海交通大学硕士学位论文先进高强钢边缘破裂的影响因素及预测模型研究硕士研究生：叶琛珏学号：1122919026导师：陈劼实副研究员申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院塑性成形技术与装备研究院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterStudyofInfluentialFactorsandPredictionModelaboutEdgeCrackingofAdvanc

2、edHighStrengthSteelCandidate：YeChenjueStudentID:1122919026Supervisor：AssociateProf.ChenJieshiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialEngineeringInstituteofFormingTechnologyandEquipmentAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefenc

3、e：Jan,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大学硕士学位论文摘要先进高强钢边缘破裂的影响因素及预测模型研究摘要先进高强钢不仅拥有超高的强度，而且兼具良好的塑性以及较高的疲劳强度和碰撞吸收性能，因此很好地满足了汽车工业中轻量化和安全性的制造要求。边缘破裂是先进高强钢冲压成形中一类常见的破裂问题。板料的边缘由于受到材料性能、加工工艺、断面质量等等因素的综合影响，在变形过程中往往还没达到传统FLD所预测的成形极限时就发生了失效或破裂，宏观表现为

4、板料边缘的成形能力下降。因此研究边缘破裂的影响因素和预测模型对汽车工业制造有至关重要的意义。本课题基于国家自然科学基金项目（基金编号：51105246）开展了一系列实验和模拟研究，通过对高强度双相钢板（DP780和DP980）进行预变形实验、扩孔实验、不同温度下的单拉实验以及相关的模拟，探究预变形、曲率半径和冲裁热效应对板料边缘拉伸性能的影响。模拟中比较了三种经典韧性断裂准则在板料成形中的适用性，并验证实验规律。同时基于Abaqus软件针对先进高强钢的边缘破裂现象提出新的预测模型，适用于含有冲裁损伤的板料边缘的成形极限预测，改善了传

5、统理想模型在边缘破裂预测方面的不足。本文主要研究成果如下：（1）通过预变形实验、线切割制孔和扩孔实验研究了预变形对边缘拉伸性能的影响。实验结果表明，预变形导致的加工硬化会明显影响板料边缘的拉伸性能，且预变形量越大的边缘对应的拉伸性能越差。（2）通过对不同孔径的圆孔进行扩孔实验研究曲率半径对边缘拉伸性能的影响。实验结果表明，对同种材料而言，边缘的曲率半径越小，拉伸性能越差。（3）比较了Rice-Tracey、Brozzo和Ayada三种断裂准则在不同I上海交通大学硕士学位论文摘要孔径扩孔模拟中的预测精度。模拟结果显示：对DP780扩孔

6、工艺而言，Ayada断裂准则预测精度最高；对DP980扩孔而言，选用Rice-Tracey断裂准则相对比较合适。（4）通过单拉实验测定了DP780不同温度下的应力应变曲线，对冲裁材料模型进行优化。根据模具温度和材料模型的不同，利用Deform软件设置四组冲裁模拟对比，指出冲裁过程中板料变形区存在明显的温度变化，应该利用优化模型提高模拟精度。此外，冲裁时板料变形区的温度变化范围受材料模型的影响较小，且连续冲裁导致的模具升温对薄板冲裁影响也比较小。（5）提出了两个新参数，损伤区（DamageZone）和等效失效应变比（Effective

7、FailureStrainRatio，EFSR），分别用于表征边缘预损伤和边缘拉伸性能，并以两个新参数为基础，基于M-K模型和Hill缩颈理论建立了一个新的有限元模型，适用于含有冲裁损伤的边缘成形极限预测。同时通过冲孔和扩孔实验验证新模型相比传统理想模型在预测边缘成形极限方面的优越性。（6）本文进行了大量的扩孔实验，结果均表明DP980的扩孔性能要优于DP780，且扩孔时裂纹倾向于沿板料轧制方向产生，裂纹方向与裂纹所在处边缘的切线方向成45°。关键词：边缘破裂，预变形，曲率半径，冲裁热效应，有限元模型II上海交通大学硕士学位论文AB

8、STRACTStudyofInfluentialFactorsandSimulationModelaboutEdgeCrackingofAdvancedHighStrengthSteelABSTRACTAdvancedHighStre