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DP780高强钢动态力学行为研究

2020-11-28阅读(213)

DP780高强钢动态力学行为研究

论文摘要

双相钢是由低碳钢或低碳合金钢经过临界区热处理或控制轧制工艺而得到的一种高强度钢。在其微观结构上含有两种金相,一种是铁素体,是一种软相,提供良好的可成形性;另一种是马氏体或者贝氏体,属于硬相,提供材料的强度。由于两相的存在,使得双相钢具有优异的强度、延展性能以及加工硬化能力。双相钢的高强度以及应变率相关性使得其在高速变形情况下表现出良好的力学性能。鉴于其良好的动态力学行为,双相钢板也成为目前汽车用材料的一个重要发展方向。DP780高强钢是双相钢中的一个典型的代表,具有良好的屈服和抗拉强度,以及明显的变形应变率相关性。本文以DP780高强钢为研究对象,以准静态和动态单向拉伸实验及分析为实验基础,构建材料本构模型并编制材料本构子程序,通过高强钢动态变形过程的数值模拟,研究了DP780的动态力学特性。本文首先通过标准条件下的准静态单向拉伸实验和0.1m/s,2m/s,10m/s和15m/s四种拉伸速度下的动态冲击拉伸实验得到了不同拉伸应变率下材料的应力-应变曲线,并结合拉伸断口处的微观组织分析,研究了其基本的力学性能;利用Johnson-Cook简化型本构模型表达了材料的动态拉伸本构关系;在此基础上,提出了一个基于宏观变量速度V的本构关系方程,很好地预测了动态冲击条件下材料的应变率以及应力的变化。其次,基于商业有限元计算软件ABAQUS,利用FORTRAN语言将本构方程通过用户材料子程序的形式嵌入到软件中,并通过具体的算例与实验结果相对比,验证了材料子程序的正确性。最后将自行编写的率相关用户材料子程序应用到车身纵梁薄壁结构压溃分析的数值模拟计算中,与率无关材料本构模型进行了对比,并研究了本构方程中应变率敏感系数和等向硬化敏感系数对数值模拟结果的影响。结果表明: DP780高强钢是一种具有高屈强和应变率强化特性的汽车用钢,通过运用基于宏观变量速度V的本构方程的用户材料子程序,实现了对实验过程的准确模拟,为进一步在整车的碰撞过程中考虑材料应变率相关性提供了更加准确的材料模型。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 各种汽车用高强钢的性质及应用领域
  • 1.2.1 汽车用高强钢的分类及特点
  • 1.2.2 双相钢的自身特点及应用
  • 1.3 DP 高强钢高速变形行为研究现状
  • 1.3.1 DP 钢高速变形行为的国外研究现状
  • 1.3.2 DP 钢高速变形行为的国内研究现状
  • 1.4 数值模拟技术的特点及其在材料高速碰撞领域的应用
  • 1.5 本课题的背景和意义
  • 1.6 本课题的主要研究内容
  • 第二章 DP780 高强钢板单向拉伸试验
  • 2.1 引言
  • 2.2 准静态单向拉伸试验及其力学性能分析
  • 2.2.1 准静态拉伸实验
  • 2.2.2 力学性能分析
  • 2.3 动态拉伸试验及其力学性能分析
  • 2.2.1 动态拉伸实验
  • 2.2.2 动态拉伸条件下材料力学性能分析
  • 2.4 拉伸前后金相组织变化分析
  • 2.4.1 DP780 在不同拉伸速度下的断口形貌比较
  • 2.4.2 DP780 在不同拉伸速度下的金相比较
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 应变率相关本构方程
  • 3.1 引言
  • 3.2 弹塑性本构理论
  • 3.2.1 各向同性弹性本构关系
  • 3.2.2 经典弹塑性本构关系
  • 3.3 常用的率相关材料本构方程研究
  • 3.3.1 Johnson-Cook 本构模型
  • 3.3.2 Zerilli-Amstrong 本构模型
  • 3.4 基于J-C 简化模型的DP780 高强钢本构模型
  • 3.4.1 各种拉伸速度下应变率数值的确定
  • 3.4.2 J-C 简化本构模型的DP780 本构方程拟合
  • 3.4.3 基于宏观冲击速度V 的本构模型的建立
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 DP780 高强钢率相关本构模型的程序实现及数值模拟
  • 4.1 引言
  • 4.2 应变率相关本构关系的程序实现
  • 4.2.1 基于径向返回法的应力更新算法
  • 4.2.2 用户子程序接口
  • 4.2.3 用户材料子程序VUMAT 的主要参数
  • 4.2.4 DP780 本构模型子程序的开发
  • 4.3 DP780 本构模型子程序的验证
  • 4.3.1 立方块的单向压缩实验的数值模拟
  • 4.3.2 单向拉伸实验的数值模拟
  • 4.4 DP780 高强钢板冲击碰撞性能数值模拟
  • 4.4.1 薄壁直梁模型的建立
  • 4.4.2 应变率相关性对数值模拟结果的影响
  • 4.4.3 应变率敏感系数对数值模拟结果的影响
  • 4.4.4 等向硬化敏感系数对数值模拟结果的影响
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 全文结论及展望
  • 5.1 主要结论
  • 5.2 研究展望
  • 参考文献
  • 附录1 J-C 简化模型材料子程序
  • 附录2 基于冲击速度V 的本构模型材料子程序
  • 攻读硕士学位期间论文发表及专利申请
  • 致谢

    • 相关论文文献

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