面向工程应用的屈服准则研究

论文摘要

科学技术迅猛发展,板料的成形工艺越发复杂,加载状态不再单一化,这对精确预测板料的塑性变形行为提出了更高的要求。屈服准则和强化模型是研究板料塑性成形问题的理论基础,倍受学者们的关注。目前,便于实际工程应用的屈服准则和强化模型因自身函数形式的局限性、或因忽略了某些实际因素,对于板料成形过程中塑性变形行为的描述精度不高。因此,研究复杂加载状态下板料的屈服强化行为,建立能够精确表征板料塑性变形行为的力学模型,并嵌入到有限元软件实现对板料塑性成形问题的精确解析具有重要理论意义和工程实用价值。本文通过理论研究、试验验证以及有限元分析相结合的方法,针对成形过程中板料的塑性变形行为建立了方便实际工程应用的屈服准则和强化模型。基于随动强化的思想对实际工程中应用广泛的Hill’48屈服准则进行分片处理,即通过修正函数建立新形式屈服准则。基于严格的数学推导,给出新形式屈服准则的参数求解方法、外凸性证明以及分片屈服函数整体光滑连续性的证明。较原始Hill’48屈服准则而言,新形式屈服准则弥补了原始屈服准则参数求解过程中顾此失彼的缺陷,解决了原始屈服准则应用过程中出现“反常”现象的问题。基于静水应力不改变材料塑性变形的基本假设,对能够精确预测平面应力状态下板料各向异性力学行为的Yld2000-2d屈服准则进行改进,将其推广到三维应力空间,记为“Yld2000-3d”屈服准则。基于回映算法编写UMAT子程序将“Yld2000-3d”屈服准则嵌入到ABAQUS有限元软件。以57540铝合金板为例,采用二维应力壳单元与三维应力实体单元分别基于Yld2000-2d屈服准则和“Yld2000-3d”屈服准则进行三点弯曲试验模拟,并与试验结果进行对比。结果表明,与Yld2000-2d平面应力屈服准则相比,改进的“Yld2000-3d”三维应力屈服准则能更精确的预测板料的三点弯曲回弹。充分考虑广义包辛格效应的多维性,提出了一种开放性、精度高、方便工程应用的描述板料后继屈服行为的新方法。该方法可根据实际工程需要选择适用的屈服准则,通过建立材料在变形过程中某一方向力学性能对其他方向力学性能的影响规律来动态求解不同应变状态下屈服准则的参数,进而获得材料的后继屈服轨迹。结合“Yld2000-3d”屈服准则,以5754-M铝合金为例,对提出的新方法的精度进行验证。结果表明,提出的新方法能够精确的预测板料的后继屈服轨迹。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 课题研究背景
•   1.2 屈服准则发展现状
•     1.2.1 各向同性屈服准则
•     1.2.2 各向异性屈服准则
•   1.3 后继屈服行为研究现状
•   1.4 有限元软件ABAQUS的二次开发应用
•   1.5 课题主要研究内容与研究意义
• 第二章 平面应力屈服准则的建立及其验证
•   2.1 引言
•   2.2 新形式屈服准则的建立
•     2.2.1 外凸性说明
•     2.2.2 屈服准则参数求解方法
•   2.3 新形式屈服准则的验证
•   2.4 本章小结
• 第三章 “Yld2000-3d”屈服准则的建立及其验证
•   3.1 引言
•   3.2 各向异性屈服准则
•     3.2.1 Yld2000-2d各向异性二维应力屈服准则
•     3.2.2 改进的Yld2000-2d各向异性屈服准则
•     3.2.3 “Yld2000-3d”屈服准则的参数求解
•   3.3 “Yld2000-3d”屈服准则的正确性验证
•     3.3.1 不同应力空间下的屈服面与塑性应变比的方向
•     3.3.2 “Yld2000-3d”屈服准则在有限元软件中的实现
•     3.3.3 弯曲试验及数值模拟
•   3.4 本章小结
• 第四章 金属板料后继屈服行为的预测
•   4.1 引言
•   4.2 后继屈服强化模型中影响关系的建立
•   4.3 不同加载状态下后继屈服强化模型的建立
•     4.3.1 “简单加载状态”的力学模型
•     4.3.2 “一般加载状态”的力学模型
•     4.3.3 “变加载路径”的力学模型
•   4.4 后继屈服强化模型的验证
•   4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 本文主要结论
•   5.2 研究展望
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 申请学位期间取得的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 鄂宏伟

导师: 王海波,李超

关键词: 板料成形,各向异性屈服准则,用户子程序,后继屈服行为

来源: 北方工业大学

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 金属学及金属工艺

单位: 北方工业大学

基金: 北京市自然科学资金

分类号: TG115

总页数: 86

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