成形极限预测韧性断裂准则及屈服准则的影响
韧性断裂准则的参数标定方法及其适用性研究
韧性断裂准则的参数标定方法及其适用性研究摘要在工业生产过程中，材料由于承受大应力和大变形而产生起裂，因此通过数值模拟方法预测材料在成形过程中的起裂位置、起裂时刻以及裂纹扩展的方式越来越受到人们的重视。
数值模拟结果的准确性依赖于所选取的韧性断裂准则。
由于可移植性好，很多韧性断裂准则都已经被植入各主流的商业有限元软件中，使用者通过输入模型参数即可使用。
而一般的韧性断裂准则往往存在众多参数，不同的参数所得到的模拟结果截然不同。
模型参数确定需要通过一系列的不同应力状态的试验结果得到，但是所需要的应力状态变量在试验过程中并不是一个定值，因此有学者引入了平均值的计算方法来便于进行参数的标定。
不过目前还没有人评估过，该计算方法确定的参数是否会对韧性断裂准则的使用引入新的误差。
因此研究韧性断裂准则的参数标定方法及其适用性对于有限元数值模拟的应用具有重要意义。
为了评估使用平均值变量带来的误差，本文引入一系列的宽应力三轴度的试验，并提取了试验模拟的初始起裂点的断裂相关状态变量，如应力三轴度、罗德参数和等效断裂应变。
在此基础上，计算了初始起裂点的平均应力三轴度和平均罗德参数，并利用L-H韧性断裂准则来评估使用平均值变量带来的误差，同时引入了一个相对误差公式来标定该误差。
通过比较每组试验计算的累积损伤值和临界阈值，得到了使用平均值变量所引入的相对误差。
研究发现，在压缩试验中，该相对误差值较大。
且对于不同的试验，参数值C1和C2对引入相对误差值的影响也是不尽相同的。
因此为了深入探究平均值变量引入的误差受到哪些因素的影响，针对韧性断裂准则中存在的变量，如参数值C1和C2、应力三轴度与等效应变的函数类型以及被积函数类型，建立了一系列的以不同应力三轴度与等效应变的函数类型为基础的研究。
应力三轴度与等效应变的函数对引入相对误差的影响，即分段函数的指数a、应力三轴度截距值以及等效应变分段值对引入相对误差的影响。
研究发现，参数C2、应力三轴度与等效应变函数的指数a和应力三轴度截距值，会对相对误差的增加产生较大影响。
52. 材料的屈服准则如何影响力学分析？
52. 材料的屈服准则如何影响力学分析？52、材料的屈服准则如何影响力学分析？在力学领域中，材料的屈服准则是一个至关重要的概念。
它对于我们理解材料在受力情况下的行为以及进行准确的力学分析具有深远的影响。
首先，让我们来弄清楚什么是材料的屈服准则。
简单来说，屈服准则就是用来确定材料从弹性变形阶段进入塑性变形阶段的条件。
当材料所受到的应力达到或超过这个特定的准则时，它就不再能够完全恢复其原始形状，而会发生永久性的变形。
材料的屈服准则在力学分析中的作用不可小觑。
它为我们提供了一个判断材料是否会发生屈服以及何时发生屈服的标准。
这对于设计各种结构和机械部件至关重要。
例如，在设计桥梁时，工程师需要知道所选用的钢材在多大的应力下会屈服，以确保桥梁在承受预期的载荷时不会发生过度变形甚至坍塌。
不同的屈服准则会对力学分析的结果产生显著的差异。
常见的屈服准则包括 Tresca 屈服准则和 von Mises 屈服准则。
Tresca 屈服准则认为，当材料中的最大剪应力达到某一固定值时，材料就会发生屈服。
而 von Mises 屈服准则则基于能量的观点，认为当材料的畸变能达到一定值时发生屈服。
在实际的力学分析中，选择合适的屈服准则是非常重要的。
这取决于材料的性质、加载条件以及分析的复杂程度等多种因素。
如果材料具有明显的各向异性，那么可能需要采用更加复杂的屈服准则来准确描述其行为。
屈服准则还影响着我们对材料强度和稳定性的评估。
通过确定材料的屈服点，我们可以评估其能够承受的最大载荷，从而判断结构的强度是否足够。
同时，屈服准则也有助于我们分析结构在复杂载荷作用下的稳定性。
例如，在考虑受压构件的稳定性时，屈服准则可以帮助我们确定何时会出现局部屈服从而导致结构失稳。
此外，屈服准则对于模拟材料的塑性变形过程也具有重要意义。
在数值模拟中，准确的屈服准则能够使我们更真实地预测材料在受力过程中的变形和破坏模式。
这对于优化设计和提高产品质量具有重要的指导作用。
材料性能断裂力学与断裂韧性
讨论：KIC的意义，测试原理，影响因素及应 用。
3.2 Griffith断裂理论
3.2.1 理论断裂强度
理论断裂强度σC, 即相当于克服最 大引力σC
原子间结合力随距离变化示意图
力与位移的关系：
• 外因：板材或构件截面的尺 寸，服役条件下的T，应变速 率等。
• 内因：强度，合金成分和内 部组织。
3.8 金属材料的断裂韧性的测定
3.8.1 试样制备
测两种：三点弯曲试样和紧凑拉伸试样 裂纹缺口——钼丝线切割加工 0.12mm 疲劳裂纹——高频拉伸疲劳试验机上预制 为了测得稳定的值，所规定的尺寸必须满足： （1）小范围屈服（线弹性断裂力学,对裂纹长度c 应有规定 ，＜ 8 a ）
E
3.2.2 Griffith理论
实际断裂强度＜＜理论计算的断裂强度
f
1 E （金属材料） 100
σf＜1010 E （陶瓷，玻璃）
原因：内部存在有裂纹
材料内部含有裂纹对材料强度有多大影响？
20年代，Griffith首先研究了含有裂纹的玻 璃强度。
无限宽板中Griffith裂纹的能量平衡
断裂应力和裂纹尺寸的关系：
• 试样种类两种： 三点弯曲 紧凑拉伸试样
• 特点： 预制裂纹
B
2.5
K1C
0.2
2
• 记录P V 曲线 V －裂纹尖端张开位
移
2.确定Pa
P-V曲线
Pa是裂纹失稳扩展时临界载荷
3.计算: KQ
S 4W KQ
PQ S BW 3/ 2
f
a W
板料成形中韧性断裂准则应用研究进展
Ｓ ａ ｇ ａ ０ ０ ０，Ｃｈ ｎ ） ｈ ｎ ｈ ｉ２ ０ ３ ｉａ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｈｓｐ ｐ ｒｏ ｅ ｖｅ ｄｔ ｅｐ ｅ ｉｔ ｎ ｍｅｈ ｄ ｆｆ ｒ ｎ ｉ ｉ ｉ ｈ ｅ ｔ ｌ ｏ ｍｉ ｇ， ｉ ａ ｅ ｖ ｒ ｉｗｅ ｈ ｒ ｄｃｉ ｔ ｏ ｓｏ ｏ ｍｉｇ ｌ ｔ ｎ ｓ ｅ ｔｍｅ ａ ｒ ｎ ｏ ｍ ｆ ｗｈｃ ｎ ｌ ｄ ｄ ｆ ｒ ｎ ｉ ｉ ｓｒ ｓ ｉｇ ａ ，ｔ ｅｍａ ｉ ｍ ｏ ｍ ｉｇ ｔ ｉｎｎ ａｉ ｉｈ ｉ ｃｕ ｅ ｏ ｍｉｇ ｌ ｔ ｔｅ ｓｄａ ｒ ｍ ｍ ｈ ｘ ｍｕ ｆ ｒ ｎ ｈｎ ｉｇ ｒｔｏ，ｆ ｒ ｎ ｉ ｔ ｏ ｍｉ ｇ ｌ ｍｉ ｄａ ｒ ｍ ｎ ｕ ｔｌ ｒｃ ｕ ｅｃ ｉ ｒａ ＤＦＣ） ｉｇ ａ ａ ｄ ｄ ｃｉ ｆａ ｔ ｒ ｒｔ ｉ （ ｅ ｅ ．Ｔｈ ｎ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒｐ ｉ ｔｄ ｏ ｔｔ ａ Ｃ ｏ ｌ ｒ ｄｃ ｅ ｈ ｓ ａ ｅ ｏｎ ｅ ｕ ｈ ｔＤＦ ｃ ｕｄ ｐ ｅ ｉｔ ｔ ｅｆ ｒ ｎ ｉ ｔｏ ｔｌｓ ｅ ｔｗｉｈｌ ｗ ｌｓｉｉ ｌ ａ ｄ ｍｅ ｎ ｉ ａ ｅｔ ｅｃ ａ ｇ ｆ ｏ ｍｉ ｇ ｈ ｏ ｍｉ ｇｌ ｍｉ ｆｍｅａ ｈ ｅ ｔ ｏ ｐａ ｔｃｔ ｗｅｌ ｎ ａ ｔｍｅｔ ｋ ｈ ｈ ｎ ｅｏ ｒ ｎ ｙ ｆ ｐ ｔ ｔ ｃ ｏ ｎ ．Ｗ ｈ ｎ ａ ｏ ｔｎ ａ ｈ ｉ ｏａ ｃ ｕ ｔ ｎ ｅ ｄ ｐ ｉｇ ＦＥＡ ｏ ｍｏ ｅ ，ＤＦ ｃ ｕ ｄ ｎ ｔｏ ｌ ｐ ｌ ｎ ｏ ｉｃ ｅ ｎ ａ ｐ ｔ ｄ ｌ Ｃ ｏ ｌ ｏ ｎ ｙａ ｐｙ ｉｔ ｎ ｒ ｍｅ ｔ ｌ — ａ ｐ ｏ ｃ ｔ ｕｌ ｏ ｐｅ ｌｓｉ ｎ ｌｓ ｉ ｄ ｍａ ｅｍｏ ｅ ，ｂ ｔｔ ｎ ｔ ｐ ｉ ｖ ｒｅ ａ ｐ ｏ ｃ ｒ ａ ｈ ｗｉ ａ ｆ ｌｙｃ ｕ ｌｄ ｅａ ｔｃａ ｄ ｐａ ｔ ａ ｇ ｄ ｌ ｕ ｏ ｏ ｅｓｅ ｎ ｅ ｓ ｐ ｒ ａ ｈ． ｈ ｃ Ｔｏ ａ ｃ ｒ ｔｌ ｒ ｄｃ ｏ ｍｉｇ ｌ ｔ ｒｔ ｒ ｎ ｔ ｅ ｌｃ ｔｒａ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅｉ ｓ ｅ ｃ ｓｉ— ｃ ｕ ａｅｙ ｐ ｅ ｉｔｆ ｒ ｎ ｉ ｍｉ ，ａｃｉｅ ｉ ｏ ｒ ｆｅ ｔｍａ ｅ ｉｌｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｎ ｅ ｓ ｎ ｅｗａ ｎ ｏ ｄ ｓ ｅ ｓ ｂｅ ｂ ｓｄ ｓｉｃ ｅ ｓｎ ｈ ｉｐ ｎ ａ ｌ ｅ ｉｅ ｎ ｒ ａ ｉ ｇｔ ｅＦＥＡ ｄ ｌ ｃ ｕ ａ ｙ ｍｏ ｅ ｃ ｒ ｃ ． ａ Ｋｅ ｒ ｓ ｕ ｔ ｅ ｆａ ｔ ｒ ｒｔ ｒａ；ｓ ｅ ｔｍ ｅａ ｏ ｍｉｇ；ｆｒ ｎ ｉ ｉ；ｆ ｉ ｌｍ ｅ ｔｍｅ ｈ ｄ ｙｗｏ ｄ ：ｄ ｃｉ ｒ ｃｕ ｅｃ ｉ ｉ ｌ ｅ ｈ ｅ ｔ ｌｆｒ ｎ ｏ ｍｉｇ ｌ ｔ ｉ ｔ ｅｅ ｎ ｔ ｏ ｍ ｎ ｅ
材料的断裂韧性研究
材料的断裂韧性研究断裂韧性是材料性能中的重要指标之一，它描述了材料在受力过程中抵抗断裂的能力。
随着科技的进步和工程领域对材料性能要求的提升，对材料的断裂韧性研究引起了广泛关注。
本文将介绍材料的断裂韧性的含义、重要性以及常用的研究方法。
一、断裂韧性的含义断裂韧性是材料在受力条件下抵抗断裂的能力，是材料强度和韧性的综合指标。
一个材料具有较高的断裂韧性通常意味着它能承受更大的载荷、更大的变形以及更高的应力集中。
断裂韧性的高低直接关系到材料在使用中的可靠性和安全性。
二、断裂韧性的重要性1. 工程设计：在工程设计中，材料的断裂韧性是评估材料是否能够承受外部冲击和载荷的重要依据。
只有具备较高的断裂韧性的材料才能确保工程结构的安全可靠。
2. 材料改进：通过研究和改进材料的断裂韧性，可以使材料在受力条件下不易发生断裂或变形。
这对于提高材料的使用寿命、减少材料的损耗具有重要意义。
三、断裂韧性的研究方法1. 断裂韧性测试：常用的断裂韧性测试方法包括冲击试验、拉伸试验和缺口试验等。
通过对材料在不同应力条件下的断裂性能进行测试，可以得到材料的断裂应力、断裂韧性等相关参数。
2. 断裂韧性的改进方法：研究材料的断裂韧性还可以通过改变材料的制备工艺、添加合适的增强相等方法进行。
例如，在金属材料中，通过精细调控晶界数量和晶粒尺寸，可以显著提高材料的断裂韧性。
3. 断裂韧性模型的建立：建立准确的断裂韧性模型是研究材料断裂行为的重要手段之一。
通过理论研究和数值模拟，可以预测材料在受力条件下的断裂性能，并指导材料设计和工程应用。
四、结语材料的断裂韧性是评估材料性能的重要指标之一，对保证工程结构的安全可靠以及提高材料使用寿命具有重要意义。
通过采用合适的断裂韧性测试方法、改进材料制备工艺以及建立准确的断裂韧性模型，可以为材料的研发和应用提供有效的参考和指导。
通过持续的研究和探索，我们可以进一步提高材料的断裂韧性，并不断推动工程科技的发展。
金属塑性成形过程韧性断裂的准则及其数值模拟
Ｒ ｅ ｒ ｙ在１ ９ ｅｓ ９ 年提出了三向应力作 ｉ 和Ｔｃ ｌ ６ ｃ ａ ］
用下材料的韧性断裂准则为：
的应用。最后介绍作者对几个典型工艺模拟的结
果。
１ ．
２韧性断裂准则
金属在加工过程中发生的断裂大多是韧性断 裂，很少发生脆性断裂。一般认为，金属中的韧
Ｋｃ ｎｖ １ ８ ａ ａ 在 ９ 年首先提出的另一种分析方 ｈｏ ５
法。这种研究方法主要是从细观 （ ｅ ｓ ｌ ｍ ｓ ｃｅ ｏａ） 的角度进行研究，对空洞的萌生和扩展角度进
行预测，建立空洞萌生准则。因为韧性断裂的
调整，局部调整还包括单元删除 （ ｅ ｔｎ Ｄ ｌ ｏ）、 ｅ ｉ
５０ ３
截
国家杰出青年科学基金资助项目（ ８５１） ５ ２１ ． ９ ７
５８ ２
主要是通过标准的常规实验来获取材料的实验数 据，然后用于对材料成形过程中的韧性断裂的判 断上，它还分二种，即应力、应变和应变能准 则，这类准则的代表是 Ｃ ｃｒ ｔ ａ ａ 准则。 ｏｋ ｆＬｔ ｍ ｏ－ ｈ 从所分析的尺度和方法上讲，它属于宏观断裂力 学的范畴。这种方法的缺陷是简单的力学实验条
申
虽然断裂问题在金属塑性加工中是一种常见 的现象，但是在早期的金属塑性加工数值模拟 中，却很少涉及到断裂问题的模拟。对工件断裂 的判断往往停留在强度理论上，以等效应力或等 效应变作为是否出现断裂的判据，这显然是承袭 了结构设计中的思想，实际上并不能满足加工工 艺研究的需要。于是许多学者提出了各种韧性断 裂破坏的判断方法，这些方法分为两类，第 类 称为基于实验的准则 （ｍ ｉ ａ Ｃｉｒ ） 它 Ｅ ｐｉ ｌ ｅａ 法， ｒ ｃ ｒ ｉ ｔ
世纪二十年代开始由Ａ ．ｒ ｈ ．Ｇ咖ｔ发展起来的， Ａ 经
(完整版)断裂力学与断裂韧性.
断裂力学与断裂韧性3.1 概述断裂是工程构件最危险的一种失效方式，尤其是脆性断裂，它是突然发生的破坏，断裂前没有明显的征兆，这就常常引起灾难性的破坏事故。
自从四五十年代之后，脆性断裂的事故明显地增加。
例如，大家非常熟悉的巨型豪华客轮－泰坦尼克号，就是在航行中遭遇到冰山撞击，船体发生突然断裂造成了旷世悲剧！按照传统力学设计，只要求工作应力σ小于许用应力[σ]，即σ<[σ],就被认为是安全的了。
而[σ]，对塑性材料[σ]=σs /n，对脆性材料[σ]=σb/n，其中n为安全系数。
经典的强度理论无法解释为什么工作应力远低于材料屈服强度时会发生所谓低应力脆断的现象。
原来，传统力学是把材料看成均匀的，没有缺陷的，没有裂纹的理想固体，但是实际的工程材料，在制备、加工及使用过程中，都会产生各种宏观缺陷乃至宏观裂纹。
人们在随后的研究中发现低应力脆断总是和材料内部含有一定尺寸的裂纹相联系的，当裂纹在给定的作用应力下扩展到一临界尺寸时，就会突然破裂。
因为传统力学或经典的强度理论解决不了带裂纹构件的断裂问题，断裂力学就应运而生。
可以说断裂力学就是研究带裂纹体的力学，它给出了含裂纹体的断裂判据，并提出一个材料固有性能的指标——断裂韧性，用它来比较各种材料的抗断能力。
3.2 格里菲斯(Griffith)断裂理论3.2.1 理论断裂强度金属的理论断裂强度可由原子间结合力的图形算出，如图3-1。
图中纵坐标表示原子间结合力，纵轴上方为吸引力下方为斥力，当两原子间距为a即点阵常数时，原子处于平衡位置，原子间的作用力为零。
如金属受拉伸离开平衡位置，位移越大需克服的引力越大，引力和位移的关系如以正弦函数关系表示，当位移达到Xm 时吸力最大以σc表示，拉力超过此值以后，引力逐渐减小，在位移达到正弦周期之半时，原子间的作用力为零，即原子的键合已完全破坏，达到完全分离的程度。
可见理论断裂强度即相当于克服最大引力σc。
该力和位移的关系为图中正弦曲线下所包围的面积代表使金属原子完全分离所需的能量。
应用韧性断裂准则预测盒形件拉深成形极限
应用韧性断裂准则预测盒形件拉深成形极限
杨玉英;于忠奇;王永志;孙振忠
【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》
【年(卷),期】2004(036)011
【摘要】目前已提出的韧性断裂准则预测板料成形极限,只在简单轴对称件中得到应用.利用作者提出的韧性断裂准则预测了铝合金板LF21,LY21(M)和钢板st17非轴对称的方盒件拉深成形极限,并与成形极限图的预测结果和实验结果进行比较.结果表明,这种方法较好地预测了盒形件拉深成形极限,为预测非轴对称件成形的断裂发生提供了一种有效的方法,也为预测复杂形状零件成形极限奠定了基础.
【总页数】4页(P1507-1510)
【作者】杨玉英;于忠奇;王永志;孙振忠
【作者单位】哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TG386
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2.应用专家系统进行盒形件拉深成形极限的分析 [J], 郑晓丹;汪锐;何丹农
3.基于神经网络和遗传算法的板材韧性断裂准则参数优化及成形极限预测 [J], 董国疆;陈志伟;赵长财;李潇逸;杨卓云
4.应用韧性断裂准则预测不同材料的胀形极限 [J], 于忠奇;杨玉英;孙振忠
5.应用韧性断裂准则预测板料的成形极限图 [J], 余心宏;翟妮芝;翟江波
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可以看 出, 对 于单向拉 伸 H ill48与 Barlat89 屈服准则的预测结果基本一致, H ill90差别较大; 平面应变 路径 方向 B arlat89 最 靠近 纵轴, H ill90 偏离纵轴最多; 等双拉方向对 2 种钢板 3种屈服 准则的计算结果差别不是很大, 而对铝合金板差 别就非常明显. 平面应变路径的试件尺寸采用的 是 180mm 100mm, 试题 [ 6 ] 中提供了这一尺寸试 件在凸模行程达到某一固定值时沿试件 2个对称 轴 x 轴和 y 轴方向的应变分布实验数据, 原点为 试件中心 (图 5所示 ). 图 6 ~ 图 8为 3种材料的 该尺寸试件沿 x 轴和 y 轴方向的第二主应变分布 实验数据.
2 屈服准则对应变路径的影响
采用 NUM ISH EET 9'6[ 6] 中提供的 H S钢板、IF 钢板和 6111 T4铝合金板 3种材料的力学性能参 数进行成形极限实验的数值模拟. 为节省计算时 间, 根据试件的对称性, 只模拟四分之一试件的变 形过程 ( 图 1), 初始网格为 1mm 的壳单元. 各种 应变路径下加载条件完全相同, 板料与凹模和压
于包含 2个材料常数的准则, 还要进行平面应变
或者双向等拉实验, 获得断裂处第一主应变, 然后
采用 Pam stam p进行相同变形情况的数 值模拟,
在模拟过程中当试件上第一主应变最大的单元达
到此应变值时, 认为此处发生断裂. 然后将此单元
的应力应变历史代种方法确定材料常数的优点
的统计物理量, 在实际应用中认为是常数. 准则表
达式的推导与屈服准则、相关的流动规则、等效应
变函数形式、线性应变路径假设及强化规律有关.
韧性断裂准则中材料常数的准确性直接影响预测
结果的精度.
由于确定与常数 C 有 关的材料参数 需要大
量的实验数据, 而且是统计量, 这种预测方法不便
于在工程中应用. 在目前的应用中都是采用一些
图 1 数 值模拟中建立的模型
第 8期
陈劼实等 : 成形极限预测韧性断裂准则及屈服准则的影响
97 1
边圈之间的摩擦系数为 0. 12, 与凸模之间的摩擦 系数 为 0. 05, 压边 力为 200 kN, 凸 模速度 为 10 mm /m s. 应变路径的变化通过改变试件尺寸来实 现, 试件长度为 176mm, 宽 度从 15~ 176mm 递 增.
文献 [ 5] 认为动态的影响是瞬间的, 当应变 路径发生变化的时候, 在等向强化模型下, 很小的 应变就会引起很大的应力增长; 也就是说当应变 路径发生变化的时候, 只要屈服曲面离成形极限 足够远, 采用随动强化还是等向强化模型并不是 很重要, 达到成形极限时这 2种模型会得到同样 的应力. 因而考虑随动强化问题主要是针对在接 近成形极限的时候改变应变路径的情况. 但是在 实际应用中, 应变往往被控制在安全区以内, 离极 限应变还有一段距离, 因而随动强化对于成形性 的影响并不是特别明显. 在以下的分析计算中, 材 料模型采用等向强化模型, 结合 H ill48, H ill90和 Barlat89 3种各向异性屈服准则来分析屈服准则 对应变路径的影响.
图 2 HS钢 板的计算应变路径对比 ( 平面应变路径凸模行程 25mm )
Abstract: Som e ductile fracture cr iteria w as applied to pred ict the form ing lim it of sheet m atels. The nu m erical simu lation for deform ation processes w ith uniax il tensile, plane strain, equi b iax ial strain and som e other stra in paths w ere carried out forH S stee,l IF stee l and 6111 T 4 alum inum alloy sheets. Duct ile fracture criter ia w as com b ined w ith the finite e lem ent sim ulation. The constants in the criteria w ere determ ined by u sing the calcu lated strain path and stress at the elem ent w ith m ax im a l m a jo r strain comb ined w ith the critica l values of strain obta ined in the tests. T he effect o f y ield criteria H ill48, H ill90 and Barlat89 on stra in path in num erical sim ulat ion w as com pared and evaluated w ith the m easured stra in path near the plane strain. Bar lat89 can reasonab ly w e ll pred ict the strain paths o f three kinds o f sheet m ate ls. Further ca lculat ions w ere car ried out fo r the form ing lim it w ith severa l ductile fracture criteria comb ined w ith Barlat89. It is shown tha t Cockcro ft L atham and the to tal plastic w ork criteria g ive m ore reasonab le prediction and the m aterial constants in the criter ia can be calcu lated easily.
是按照单元真正的变形路径进行积分, 而不是简 单地假定为线性. 但同时存在一个问题, 模拟得到 的应变路径与实际变形路径是否吻合. 不同应变 路径下的极限应变是不同的, 因而能否正确描述 单元的应变路径对于韧性断裂准则材料常数的计 算及预测的成形极限都有很大影响.
影响数值模拟计算结果的因素包括所采用的 强化模 型和 屈 服 准 则 [ 3] . 目 前 在 FLC ( F orm ing L im it Curve) 理论模型的分析中, 绝大多数采用的 是等向强化模型. 虽然随动强化对不同失稳模型 的影响还没有研究得很清楚, 但是其影响是存在 的 [ 4] .
理想, 材料常数的确定也较为简单.
关 键 词: 板料冲压; 成形极限; 韧性断裂准则; 屈服准则; 应变路径
中图分类号: TG 381
文献标识码: A
文 章 编 号: 1001 5965( 2006) 08 0969 05
Suitability of some ductile fracture criteria and yie ld criteria in form ing lmi it pred iction
Key wo rds: sheet m etal form ing; fo rm ing lim i;t duct ile fracture; yie ld criterion; strain path
多年来, 绝大多数关于成形极限曲线的理论 研究都是建立在拉伸失稳理论或分叉理论基础上 的, 但是通过与试验数据对比发现每种准则都有 一定的适用条件, 对板料的各种成形过程还没有 一种能够普遍适用的准则. 为了寻找一种能在更
2006年 8月 第 32卷 第 8期
北京航空航天大学学报 Journa l o f Be ijing U nivers ity of A eronautics and A stronautics
A ugust 2006 V o.l 32 N o 8
成形极限预测韧性断裂准则及屈服准则的影响
陈劼实 周贤宾
( 北京航空航天大学 机械工程及自动化学院, 北京 100083 )
摘
要: 将韧性 断裂准则用于 预测板材成形 极限, 通 过数值模 拟 H S 钢、IF 钢和
6111 T4铝合金 3种板材在单向拉伸、平面应变和双向等拉等不同应变路径下的变形过程, 获
得试件中心区域主应变最大单元的应变历史, 结合成形极限实验数据计算韧性断裂准则的材
9 70
北京航空航天大学学报
2 006 年
经典塑性理论计算得到的 FLD( Form ing L im it D i agram ), 具有可以考虑应变路径变化的优点.
1 材料常数的计算方法
韧性断裂准则通常是以应力、应变和微观变
量的独立或者组合形式来表达的:
f( , , ) = C
( 1)
式中, C 是材料常数, 是与材料本身某些性能有关
料常数; 通过对接近平面应变变形路径下的模拟结果与实验获得的网格 应变相比较分析了
H ill48, H ill90和 Barlat89 3种各向异性 屈服准则对模拟获得 的应变路径的 影响. 结果 表明,
Barlat89屈服准则可以较好地描述单元的应变路径; 在此基础上比较了几种韧性断裂准则用
于预测板材断裂成形极限的计算结果, Cockcro ft L atham 准则和总塑性功准则的计算结果比较
在断裂发生时没有明显的颈缩出现, 应变路径仍
近似保持原始的拉伸路径, 可以认为确定出的材