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    开题报告-基于韧性断裂准则对涂层薄板成形性能分析.doc

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    开题报告-基于韧性断裂准则对涂层薄板成形性能分析.doc

    湘 潭 大 学硕 士 研 究 生 学 位 论 文 开 题 报 告 及 工 作 计 划 书论 文 题 目 基 于 韧 性 断 裂 准 则 对 涂 层 薄 板 成 形 性能 分 析一、课题的来源及选择本课题的指导思想板料成形技术被广泛的应用于汽车,电器,船舶,航空航天等领域,在制造业中也占有非常重要的地位。板料成形过程的数值模拟技术能够对板料塑性成形过程进行科学的预测,为工艺设计和模具设计提供可靠的参考依据。现在主要预测成形极限的方法有成形极限图(Forming Limit Diagram, FLD)、应力成形极限图Forming Limit Stress Diagram, FLSD、韧性断裂准则(Ductile fracture criterion, DFC)、最大减薄率Maximum Reduction Ratio。成形极限图是现在运用最为广泛来预测板料成形极限的方法。但是成形极限图受应变加载路径的影响特别大,即对于完全相同的薄板,在不同的加载路径方式下,获得的成形极限图差异很大。应力成形极限图将成形极限图通过应力应变的本构关系进行转换,得到了重合的应力成形极限图,同时,也得到了学者证实其与加载路径无关。但是,很多学者也发现虽然应力成形极限图左边可以很好的预测板料的成形极限,但是应力成形极限的右边不能准确预测板料失效的位置。最大减薄率对于预测断裂时候有明显颈缩现象的板料成形极限是适宜,但是对于塑性较差的材料(断裂时候没有明显的颈缩的材料),却不能判断板料2的成形极限,且最大减薄率也不能反应应力状态对成形极限的影响。韧性断裂准则是建立损伤的基础上而形成的理论,韧性断裂准则与FLD、FLSD和最大减薄率相比较,其最大优势在于,不但可以实现准确的预测塑性差的板料的成形极限,而且还可以考虑复杂的应变路径。二、前人对本课题研究取得的成果,存在的问题,当前国内外研究动态和自己的见解(一)国内外研究现状金属材料的成形极限往往受到韧性破坏的限制。为此,人们希望能有一个简单易行的韧性断裂准则,以便对材料出现韧性断裂的条件进行预测。许多学者在这方面做了大量的工作,迄今已提出过形形色色的韧性断裂判据及相应参数,不同的断裂准则将不同的因素作为导致材料破坏的主要因素,先将其中有代表性的断裂准则如下1、Lemaitre 以热力学为基础提出了三维塑性损伤模型并将其用于拉深工艺的成形极限分析  DmDRCp21322、吴诗谆等人针对 Lemaitre 损伤准则没有反映出应力三轴度为负的情况,以考虑损伤的塑性势能为基础导出了大塑性变形条件下的韧性断裂准则 DmDRCB31exp3、Oyane 通过对多孔体的压缩塑性本构关系的研究,考虑静水应力的影响,提出了一个韧性断裂准则 201Cdfm4、Kockroft和Latham强调了最大拉应力的重要性,认为最大拉应力是材料破坏的主要因素,将最大拉应力沿塑性应变路径积分,得到韧性断裂准则 Cdf0max35.Brozzo等人根据经验对Kockroft和Latham准则进行了修改,在准则中显示地包括了静水压力的作用 Cdf m0ax32(二)现阶段亟待解决的研究问题1、现已有的韧性断裂准则对镍涂层薄板的成形极限的预测是否准确。2、未有适合多层板料的新韧性断裂准则的研究。3、新韧性断裂准则的验证。三、本课题研究的内容、目的和意义研究内容(一)镍涂层薄板的试验研究。首先,先对涂层镍板和基体低碳钢带进行拉伸试验,获取涂层和基体的在断裂时刻的断裂应变、应力三轴度以及拉伸过程的应变率,最后利用万能试验机对镍板、低碳钢带及镍涂层薄板进行冲压试验,得到涂层和基体失效位置及其失效时的冲压深度。(二)镍涂层薄板的韧性断裂的理论分析。以试验结果为基础,对已有的韧性断裂准则Lemaitre准则和Oyane准则中的材料参数进行确定,分析镍涂层薄板的断裂性能,探讨这两个韧性断裂准则的适用性,然后结合断裂力学和损伤力学,推算出适合复合板料的韧性断裂准则。(三)基于韧性断裂准则的镍涂层薄板冲压有限元仿真的分析与研究。利用Abaqus/Explicit显示分析模块,对于镍涂层薄板进行单向拉伸和双向拉伸试验,确定所用断裂准则的阈值。将韧性断裂准则加入冲压试验模拟,分析结果与试验对比,确定适合镍涂层薄板的韧性断裂准则。研究意义本文对于涂层薄板的冲压成形,要求在冲压过程中要求基体和涂层不被拉裂,且也不能出现起皱及涂层脱落等现象。本文借鉴许多研究冲压成形的专家和学者的研究结果,采用韧性断裂准则的方法预测涂层薄板的成形性能。为涂层薄板的冲压成形提供指导。四、已有实验条件及实验设计方案1、万能试验机2、扫描电镜SEM4通过万能试验机对镍板、低碳钢带、镍涂层钢板进行单向及双向拉伸试验,得到个材料的本构关系、断裂应变、应力三轴度及失效时的应变率等参数。采用万能试验机对冲压过程进行模拟,得到在不同冲程下,镍板、低碳钢带及镍涂层钢板的失效位置,由于镍涂层薄板的镍的厚度过于薄,需要对其运用扫描电镜进行观察其失效位置。五、目前工作进展情况、存在问题及解决的方法和措施目前工作进展情况已对部分韧性断裂准则的材料参数进行了确定,并运用其预测镍涂层薄板的成形极限。完成了冲压成形的有限元模型的建立。待解决的问题1、存在部分韧性断裂准则的材料参数未测定。2、存在部分韧性断裂准则未对镍涂层薄板的成形极限进行预测。3、需做相关实验,推导出新的韧性断裂准则。4、对新的韧性断裂准则进行验证。六、完成论文时间及预期结果研究生毕业论文预期在2014年3月底或4月初完成。预期效果采用多种韧性断裂准则对镍涂层薄板的成形极限预测,总结相对较为准确的韧性断裂准则,分析其原因,并推导适用于多层薄板的韧性断裂准则,采用实验及有限元对比的方法,验证新韧性断裂准则的正确性。七、参考文献[1] Guo-zheng QUAN, Feng-biao WANG, Ying-ying LIU, Yu SHI, Jie ZHOU, Evaluation of varying ductile fracture criterion for 7075 aluminum alloy[J], Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Volume 23, Issue 3, March 2013, Pages 749-755 [2] Tong Hui, Yiheng Chen, Surface effect on nanosized void growth in a rigid-perfectly plastic material[J], Acta Mechanica Solida Sinica, Volume 21, Issue 1, February 2008, Pages 9-14[3] Hongsheng Liu, Yuying Yang, Zhongqi Yu, Zhenzhong Sun, Yongzhi Wang, The application of a ductile fracture criterion to the prediction of the forming limit of sheet metals[J], Journal of Materials Processing Technology, Volume 209,Issue 14, 19 July 2009, Pages 5443-5447[4] Y.S. Lee, M.C. Kim, S.W. Kim, Y.N. Kwon, S.W. Choi, J.H. Lee, Experimental 5and analytical studies for forming limit of AZ31 alloy on warm sheet metal forming[J], Journal of Materials Processing Technology, Volumes 187–188, 12 June 2007, Pages 103-107[5] 丁忠奇. 基于 Lemaitre 损伤理论的韧性断裂准则建立及板料成形极限预测[D].哈尔滨工业大学,2007.[6] J. Jackiewicz, Use of a modified Gurson model approach for the simulation of ductile fracture by growth and coalescence of microvoids under low, medium and high stress triaxiality loadings[J], Engineering Fracture Mechanics, Volume 78, Issue 3, February 2011, Pages 487-502[7] H. Li, M. W. Fu, J. Lu, H. Yang, Ductile fracture Experiments and computations[J], International Journal of Plasticity, Volume 27, Issue 2, February 2011, Pages 147-180 [8] 虞松,陈军,阮雪榆.韧性断裂准则的试验与理论研究[J].中国机械工程,2006,192049-2052.[9] Yu-ping LI, Li-qun ZHOU, Yi-chun ZHOU, Elastic-plastic solution to stamping thin strip on elastic foundation, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Volume 16, Issue 2, April 2006, Pages 339-345 [10] 唐建国. 电沉积镍涂层薄板的冲压成形极限预测与数值模拟[D].湘潭大学,2009.七 、 论 文 工 作 进 度 安 排工 作 内 容 目 的 和 要 求 完 成日 期 检 查方 式收 集 文 献 资 料 , 阅 读 文 献 2013.3-2013.4 导 师检 查已 有 韧 性 断 裂 准 则 研 究 2013.5-2013.6 导 师检 查韧 性 断 裂 准 则 材 料 参 数 确 定 2013.7 导 师检 查6拉 伸 实 验 及 冲 压 试 验 2013.8-2013.11 导 师检 查推 导 新 韧 性 断 裂 准 则 2013-12 导 师检 查验 证 新 准 则 的 真 确 性 2014.1-2013.4 导 师检 查完 成 论 文 写 作 、 准 备 答 辩 2014.6 导 师检 查八、论文工作出差计划出差地点 任务及要求 起止日期 检查方式7九、经费预算开支项目及名称 金额 备注导师审查意见导师签字年 月 日8学位点审查意见学位点负责人签字年 月 日学院审查意见学院负责人签字年 月 日

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