先進高強鋼板成形失效的彎曲效應(yīng)與拉彎成形極限預(yù)測

針對高強鋼拉彎成形條件下小圓角失效嚴重，廢品率高，傳統(tǒng)失效準則無法準確預(yù)測的問題，開展了高強鋼失效行為的彎曲效應(yīng)研究，設(shè)計并開發(fā)了高強鋼拉壓循環(huán)加載下的實驗夾具和測試方法，獲得了非對稱加載下的力學性能數(shù)據(jù)；借助新夾具實現(xiàn)了不同變形模式、不同應(yīng)變率和不同變形溫度條件下相變高強鋼的微觀組織測試，并揭示了微觀演化和宏觀變形之間的內(nèi)在關(guān)系，建立了可靠的預(yù)測模型；以此為物理依據(jù)，建立了各向異性的硬化模型，準確描述拉彎過程的應(yīng)力應(yīng)變，并開發(fā)材料子程序構(gòu)建拉彎有限元仿真模型，進一步研究彎曲效應(yīng)下的板材頸縮失效演化規(guī)律；設(shè)計開發(fā)考慮厚向應(yīng)力的面外剪切斷裂強度測試試樣，建立各向異性斷裂準則，提出高強鋼小圓角拉彎條件下剪切斷裂的新機制，提供了準確預(yù)測的理論方法和實驗手段；相關(guān)研究在車身沖壓制造中進行了推廣應(yīng)用，獲得了一定的工程效果。 2100433B

先進高強鋼板小圓角拉彎成形開裂問題突出，導(dǎo)致車身安全構(gòu)件成形質(zhì)量下降、制造成本上升。小圓角拉彎成形中板材受到面外彎矩與非均勻厚向應(yīng)力作用，造成面內(nèi)外加載耦合、分層硬化顯著，使得成形頸縮失效行為表現(xiàn)出強烈的彎曲效應(yīng)。傳統(tǒng)成形極限理論基于面內(nèi)拉伸變形與厚向均勻硬化假設(shè)，無法準確描述頸縮失效的彎曲效應(yīng)。本項目擬引入面外彎曲與面內(nèi)拉伸變形的耦合作用以及沿板材厚度方向的非均勻硬化特性描述，建立彎曲效應(yīng)下板材成形頸縮失效分析新方法，揭示先進高強鋼板成形頸縮失效彎曲效應(yīng)問題的機理，擴展基于面內(nèi)變形模式的傳統(tǒng)成形極限理論。建立適用于高強鋼板小圓角拉彎成形的頸縮失效判據(jù)，提出基于頂層極限應(yīng)變的拉彎成形極限圖（BFLD），能精確計算沿板厚方向頂層、中性層和底層材料的極限應(yīng)變，提高先進高強鋼構(gòu)件成形失效的預(yù)測精度。設(shè)計并建立符合典型小圓角拉彎加載條件的拉彎成形極限實驗測試方法，為理論預(yù)測和工程應(yīng)用提供準確依據(jù)。

經(jīng)過噴涂、電泳、電鍍、拋光、拉絲等的材料可以直接彎曲，不會損傷材料表面。

空腔、復(fù)雜截面的型材可一次成形。在相對彎曲半徑允許的情況下，內(nèi)壁不會起皺，截面不會畸變。

拉彎可有效消除材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力，產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性好。

由于金屬材料的冷作硬化，材料經(jīng)拉彎后，可改善材料的綜合機械性能。

先進高強度鋼(AHSS)是目前最具潛力的汽車輕量化材料，然而其相對較低的延伸率導(dǎo)致的成型或碰撞過程中發(fā)生的早期斷裂，妨礙了它的廣泛應(yīng)用。汽車和鋼鐵工業(yè)界迫切需要可靠的斷裂預(yù)測和數(shù)值模擬方法，應(yīng)用于AHSS部件成型和碰撞安全性設(shè)計中的斷裂預(yù)測和控制。AHSS板料為各向異性材料，在成型和碰撞過程中的復(fù)雜載荷歷程和高應(yīng)變率顯著影響了其斷裂特性。本項目研究復(fù)雜載荷歷程和高應(yīng)變率條件下AHSS板料的各向異性斷裂特性和數(shù)值模擬方法，建立其各向異性塑性本構(gòu)模型、宏觀斷裂準則和相應(yīng)的用戶自定義材料模型子程序，開發(fā)高效的殼單元分割算法，應(yīng)用于基于大規(guī)模殼單元的成型和碰撞仿真分析，最終實現(xiàn)AHSS部件成型和碰撞安全性設(shè)計中斷裂失效的預(yù)測和數(shù)值模擬。本項目屬固體力學、計算力學和材料科學交叉前沿課題，具有理論深度和難度，又可滿足汽車和鋼鐵工業(yè)的迫切需要，推動AHSS在汽車輕量化領(lǐng)域的應(yīng)用，因而具有重要研究價值。 2100433B