一种韧性断裂准则中材料常数的计算模型及其应用

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1、航空学报ActaAeronaut．caetAstrDnauticaSinicaFeb．252015Vof．36No，2672-679lSSN1000—6893CN11．1929／Vhttp：∥hkxb．buaa．edu．cnhkxb《萤buaa．edu．cnDOI：10．7527／S1000—6893．2014．0054一种韧性断裂准则中材料常数的计算模型及其应用郎利辉*，杨希英，刘康宁，蔡高参，郭禅北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100191摘要：为确定符合板材变形规律的韧性断裂准则中的材料常数，基于传统M-K模型框架并进行修正，结合单向拉伸和平

2、面应变试验数据，提出一种新的韧性断裂准则材料常数计算模型。利用MATLAB软件编写该计算模型的算法程序，得到应用于铝镁合金5A06—0板材的不同韧性断裂准则材料常数。同时将C&L韧性断裂准则嵌入Abaqus／Explicit显示模块的用户材料子程序VUMAT。在200℃的条件下，对铝镁合金5A06～0板材在热介质胀形和充液热拉深中的断裂行为进行数值模拟，并与相同工艺参数下的试验所得结果作对比。结果表明，热介质胀形高度误差为6．2％，充液热拉深深度误差为8．5％，验证了韧性断裂准则材料常数计算模型的正确性，表明了c＆L韧性断裂准则在板材充液热成形中的适用性。关

3、键词：充液热成形；韧性断裂；M～K模型；材料常数；数值模拟中图分类号：V260．1；TG394文献标识码：A文章编号：1000一6893(2015)02一0672—08在航空航天制造领域，随着零部件的轻量化、整体化需求及轻质合金材料的使用，充液热成形技术得到了长足的关注及应用¨]。该技术可显著提高成形极限，减少成形道次，有效加工精密复杂构件口。5]。在板材充液热成形过程中，拉伸失稳是影响零件制造的主要缺陷之一，准确预测失稳发生时刻对于工艺制定和模具设计具有重要意义。很多学者分别采用宏观的连续介质力学方法和微观的损伤力学方法进行理论研究，取得了很多成果，概括起

4、来可以分成以下几类：①经典的分叉理论，如Swift分散性失稳理论¨1和Hill集中性失稳理论[73；②基于材料局部初始不均匀性导致颈缩的假设，如M—K理论[8]等；③基于材料的局部细微裂纹是导致塑性失稳的原因，如损伤理论‘91等。前2类理论被广泛用于建立板材的成形极限图(FormingLimitDiagram，FLD)；与FLD相比，基于损伤理论的韧性断裂准则预测板料成形极限的优点是可以考虑应变路径的变化。基于不同的假定，人们提出了很多种韧性断裂准则[10‘11]，近年来，韧性断裂准则被应用到液压[1“、拉深[1“、双向拉伸[14

5、、旋压[1朝等成形过程的成

6、形极限预测。一般来讲，韧性越好的金属板料其断裂成形极限曲线(FormingLimitCurvesatFracture，FLCF)越趋近于直线，但是韧性越差的板料其FLCF形状越复杂，因而目前使用比较普遍的几种韧性断裂准则的适用范围还有一定的局限[16

7、。在韧性断裂准则的应用过程中，材料常数的获取是一个重要的影响因素，目前主要有2种方法：①利用数值计算的方法[1“，假定单拉试验中破裂区域的加载路径为简单加载，则应力三轴度是常值，该方法操作简单，但与事实不符；②利用数值模拟和基础试验相结合的收稿日期：2014-02—26；退修日期：2014—04—04；录用日期

8、：2014．D4—14；网络出版时间：2014—04—1718：41网络出版地址：www．cnki．net／kcms／deta¨／10．7527／S1000-6893．2014．0054．htmI基金项目：国家自然科学基金(50975014)；中俄国际合作与交流项目NsFc．RFBR基金(51010166)*通讯作者．Tel．：010一82316821E—malI：Iang@bu铋．edu，∞引用播武ILangLH．YangxY'L．uKN．eta

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18、∞s!J]．ActaAer∞auticaetAs打onauticas．nica．2015．36(2)：672-679．郎翻辉。杨希英．刘康宁．等．一释韧性断裂堆嬲中材料常数的计算模型及其应用[如航空学报．2015．36(2)：672-679．郎利辉等：一种韧性断裂准则中材料常数的计算模型及其应用方法口8

19、，可以有效模拟加载过程，但模拟过程需要多次调整才能与实际匹配，操作复杂。只有方便精确地获得材料常数，才能将韧性断裂准则有效地应用于板材成形工艺。由此可知，获得准确的韧性断裂准则中的材料常数对预测板材的断裂行为具有重要作用。

20、本文建立了一种新的材料常数计算模型，该模型采用修正的