6016铝合金损伤本构模型及热冲压成形模拟研究

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1、分类号：TG306单位代码：10183研究生学号：2015434028密级：公开吉林大学硕士学位论文（专业学位）6016铝合金损伤本构模型及热冲压成形模拟研究StudyonSimulationofHotStampingfor6016AluminumAlloyusingDamageConstitutiveModel作者姓名：孟松峰类别：工程硕士领域（方向）：材料工程指导教师：张志强副教授孙刚高级工程师培养单位：材料科学与工程学院2018年5月6016铝合金损伤本构模型及热冲压成形模拟研究StudyonSimulationofHotStampingfor6016AluminumSlloyusing

2、DamageConstitutiveModel作者姓名：孟松峰领域（方向）：材料工程指导教师：张志强副教授孙刚高级工程师类别：工程硕士答辩日期：2018年6月3日摘要摘要论文题目：6016铝合金损伤本构模型及热冲压成形模拟研究专业：材料工程指导教师：张志强副教授汽车工业的快速发展提高了人们的生活水平，改变了人们的出行习惯，同时也加剧了石油能源的消耗以及全球变暖问题。汽车轻量化可以有效地降低车身重量，从而降低油耗，提高能源使用效率。6016铝合金具有良好的断裂韧性、耐蚀性、抗疲劳等特点，且比强度较高，能在满足车身零部件性能的同时实现轻量化。由于铝合金的延展性差，冷冲压成形容易产生破裂及回弹等问题

3、，且难以成形结构复杂的零部件；热成形虽然可以有效提高材料的塑性，但会降低成形件的强度，后续的时效强化会造成成形精度的下降。因此，在热成形技术的基础上发展出了在成形的同时进行保压淬火的热冲压成形技术，不仅提高了成形过程中板料的塑性，同时也满足了结构件对强度、硬度等性能的要求，并很好地解决了回弹问题。本文采用Gleeble1500热模拟实验机对6016铝合金在热冲压成形过程中的力学行为进行探究，获取变形温度在450℃、480℃和500℃，应变速率在0.1s-1、1s-1和10s-1条件下的单轴拉伸应力应变曲线，分析损伤的演化规律。基于连续介质损伤力学和统一粘塑性本构理论，耦合位错、损伤等微观变量，

4、构建损伤本构模型，模型可以有效地对6016铝合金高温成形过程中的均匀塑性变形、损伤破坏两个阶段进行描述。分别就三种目标函数，对模型中材料常数进行多目标遗传优化计算，并对比所确定材料常数的预测能力，从而确定材料模型中18个材料常数的最优解。利用半隐式求解法编写统一粘塑性损伤本构模型的子程序，进行高温单轴拉伸实验的有限元模拟，验证了模型的有效性。研制U型件的热冲压成形实验装置，进行成形实验。使用所开发的材料模型，对U型件的热冲压成形进行有限元数值模拟。分析了成形过程中板料的温度场、应变场、应力场、损伤演化。应变场的分析结果显示大变形量主要分布在U型件的圆角处，损伤的分布也呈现出同样的规律，且底边圆

5、角处的损伤量最大。厚度分布模拟值和实验结果对比显示底边圆角处的厚度减薄率最大。开发的材料模型能有效地对6016铝合金在热冲压成形过程中的热变形行为进行预测。模型I吉林大学硕士学位论文在实际零部件的热冲压成形工艺设计中具有积极作用，能够应用在实际生产设计中。关键词：热冲压，本构模型，6016铝合金，损伤因子，数值模拟IIAbstractAbstractTitle:StudyonSimulationofHotStampingfor6016AluminumAlloyusingDamageConstitutiveModelSpecialty:MaterialProcessingEngineeringS

6、upervisor:AssociateProfessorZhangZhiqiangTherapiddevelopmentoftheautomotiveindustryhasimprovedpeople’slivingstandards,changedpeople’stravelhabits,andaggravatedtheconsumptionofpetroleumenergyandglobalwarmingissues.Lightweightvehiclescaneffectivelyreduceweight,therebyreducingfuelconsumptionandimprovin

7、genergyefficiency.6016aluminumalloyhasgoodfracturetoughness,corrosionresistance,fatigueresistanceandothercharacteristics,andhigherspecificstrength,canmeetthebodypartsperformancewhileachievinglightweig