金属板材拉深成形性与材料微结构关系的研究

金属板材为大量微小晶粒的集合体，板材的力学性质与材料微结构有关，材料微结构通过微结构系数描述。拉深成形性（制耳、起皱、破裂）是度量板材力学性质的重要手段，材料微结构影响板材的拉深成形性，但相关的研究并不完善；例如：著名的Hill屈服函数不能够有效地描述板材拉深时塑性变形，没有给出板材塑性变形与材料微结构的关系。我们研究了金属弹、塑性本构与材料微结构的关系，其成果可作为本申请项目的基础。本申请项目的工作包括三个方面：利用多晶体性质取向相关函数表示理论，推导包含微结构系数的、形式完备的、能够有效地描述板材塑性变形的屈服函数；确定板材拉深成形性与材料微结构的关系及其求解方法；研究材料微结构对超声波测量板材残余应力的影响，使用双轴双向拉（压）试验机测量板材的塑性性质。由于板材的微结构在其生产过程中可以控制和测量，本申请项目的成果可望成为拉深成形性微结构设计研究的基础，填补这方面研究的空白。

金属板材为大量微小晶粒的集合体，板材的力学性质与材料微结构有关，材料微结构通过微结构系数描述。材料微结构影响板材拉深成形性，我们研究了制耳大小与材料微结构的关系，研究了金属弹、塑性本构与材料微结构的关系，研究成果有: .1. 引入了取向相关函数描述多晶体的力学和物理性质，建立了多晶体取向相关函数统一理论;.2. 推导出包含主应力方向的、适用于任意应力状态的广义Hosford屈服函数，给出了其中待定材料参数的实验测量或物理模型确定方法，广义Hosford屈服函数的建立为准确确定拉深制耳的大小、失稳起皱形式、板料破裂强度提供了理论基础，研究成果已经发表在力学界影响因子最高的刊物International Journal of Plasticity上；.3. 借助于我们的Hosford屈服函数，研究拉深制耳与材料微结构的关系，推导出q-值与晶粒取向分布关系的表达式，借助于Taylor-Bishop-Hill物理模型，计算了正交立方晶粒多晶体板材q-值表达式中的待定参数，研究了金属板材的拉深制耳大小、失稳起皱形、板材破坏与材料微结构的关系；.4. 建立了CP-model模型，寻找出金属板材弹性和塑性的关联性，推导了仅利用单轴拉伸实验数据就能够获得板材弹性常数和塑性参数的计算表达式；.5. 建立了包含形状系数效应的、任意形状3D夹杂的Eshelby张量显表达式，用于计算夹杂内、外的应力和应变场,使在金属板材力学性质分析时不仅考虑了晶粒取向分布效应而且考虑了晶粒形状效应；.6. 研究了材料微结构、残余应力对超声波传播速度的影响；.7. 利用金属板材弹性和塑性的关联性和单轴拉伸试验测量金属板材材料参数的实验方法，数值仿真了0°、45°、90°金属板材试样的单轴拉伸过程；借助于RAM-5000-SNAP的Ritec声学系统，研究包含微结构效应的板材残余应力的测量方法；.8. 自制了拉深实验装置, 利用该拉深实验装置开展拉深制耳、起皱、破裂的实验研究，部分研究成果2011年获得中国汽车工业科技进步一等奖。..研究按照预期计划执行，相应的研究成果共发表论文19篇，最可喜的是：我们最重要的研究成果已发表在力学界影响因子最高的刊物International Journal of Plasticity上。