TRIP780高强钢的断裂行为研究及半耦合韧性断裂准则的应用

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随着新能源汽车的高速发展,高强钢在汽车产业中得到了广泛应用。但在部分高强钢的塑性变形过程中,出现了不同程度的软化现象,导致高强钢的承载能力缺失。针对高强钢的破裂预测,非耦合韧性断裂准则由于没有耦合损伤带来的影响所以不能准确描述高强钢塑性变形过程中的软化现象,而耦合韧性断裂准则由于其复杂的参数标定在工业应用中并不广泛。因此,拟构建一种半耦合韧性断裂准则,用于描述金属材料内部损伤造成的软化现象,同时预测材料发生的破裂。以TRIP780为研究对象,针对不同的应力状态设计了六种形状的试样并进行力学性能实验。由狗骨试样的实验结果可以看出TRIP780的屈服强度与抗拉强度各向异性并不明显,r值、延伸率和断裂应变有一定的各向异性;利用电阻测量法测定了不同试样的初始损伤位移;依据DIC图像处理技术对不同试样的应变计算结果分析了不同试样的应变集中区域。针对狗骨试样的单向拉伸实验结果,确定了非相关流动准则Drucker屈服函数的相关参数作为TRIP780的屈服函数,并利用Swift-Voce硬化模型描述TRIP780的塑性变形过程。利用有限元模拟软件Abaqus构建了不同试样的有限元模型,通过有限元模拟仿真验证了标定的屈服函数与硬化模型的准确性。构建了一种半耦合韧性断裂准则:利用非耦合韧性断裂准则DF2012预测材料的初始损伤,通过损伤演化模型描述材料的软化现象。为了描述金属材料塑性变形过程中损伤的非线性演化,在损伤演化模型中增加塑性应变影响因子,提高了半耦合韧性断裂准则的灵活性,并利用控制变量法分析了各个参数对材料损伤演化的影响。利用有限元模拟仿真结果对所构建的半耦合韧性断裂准则进行参数标定。将标定的半耦合韧性断裂准则应用于其他试样的破裂预测。结果显示,所构建的半耦合韧性断裂准则能有效反映TRIP780的软化现象。其中,剪切试样在断裂时刻已经不是完全的纯剪切应力状态,但所构建的半耦合韧性断裂准则依然能够有效预测材料的断裂位移。
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