复杂加载路径下涉及温度与应变速率的先进高强钢板屈服强化和本构关系的研究

AHSS (Advanced High Strength Steel) will be studied in this project. Complex loading experiment system under different temperature and strain rate will be established, and specimens under uniaxile tension-compression loading, biaxile complex tension-tension loading, variable strain paths loading, two-stage loading will be carried out. Yield loci and Bauschinger effect of AHSS under complex loading paths and different temperatures and strain rates will be studied. By comparing the experimental and theoretical results, yield criteria and hardening rule which describe AHSS forming behavior well will be determined. Constitutive model involving temperature and strain rate of AHSS will be established, which will be useful in predicting AHSS plastic deformation behavior in stamping process.The user subroutines for established consititutive model will be developed in finite element software, and physical simulation and numerical simulation of typical AHSS parts will be carried out and the invalidation of FE simulation will be verified. As a basic theoretical research, scientific significance of this project is that it will enrich and perfect yield, hardening and constitutive theory of auto steel sheet, provide important parameters for stamping process and die design, provide theoretical and experimental basis for plastic mechanical theory.

本项目针对先进高强钢板进行研究，通过建立板料复杂加载、不同温度、不同应变速率下加载的实验方法，实现对试件单向拉-压加载，双向复杂拉-拉加载、变路径加载、分段加载等不同加载方式，研究先进高强钢板在复杂加载路径下不同温度与不同应变速率的屈服轨迹及包辛格效应，研究材料屈服、强化行为及其随温度、应变速率变化的规律，分析判断现有屈服准则、强化规律的准确程度和适用范围，确定合适的屈服准则和强化规律，结合关联和非关联流动规则，建立包含温度和应变速率的塑性本构模型，基于商业有限元软件进行二次开发，通过对典型零件的物理模拟和数值模拟的对比分析，验证所建立仿真平台的准确性。本项目系基础性研究，其科学意义在于：丰富和完善复杂加载路径下汽车用钢板屈服强化规律的研究理论，为汽车用钢板成形的工艺及模具设计提供重要参数，为优化板料成形过程和控制成形质量提供可靠依据，为丰富和发展塑性变形屈服强化理论提供理论和实验基础。

本项目针对先进高强钢板，考虑温度和应变速率，从屈服、强化、本构模型以及成形极限几个方面进行研究。通过改进双轴加载试验机双向加载控制方法，实现试件双向加载、卸载、分段多路径加载等复杂加载控制，解决了试件加热时中心区温度（室温-200℃）均匀性以及中心区应变测量问题，建立了十字形试件加热及温度控制系统。进行了不同温度和应变速率下十字形试件的双向拉伸复杂加载试验，结果表明，包含温度相关参数的YLD2000-2D屈服准则和等向-随动-畸变混合强化模型更适于描述应变速率和温度相关的先进高强钢板屈服强化行为。采用关联塑性流动法则，推导了塑性加载本构方程，通过对比理论计算和试验结果，建立了适合于先进高强钢板的本构模型。提出了基于厚向应力的成形极限理论预测模型，对传统的成形极限试验方法从理论角度进行了统一，得出了极限应变与板料厚度具有线性关系。建立了非等温环境下高温成形极限试验过程中板料温度分布模型，揭示了影响板料温度分布变化的主要因素，提出了基于温度路径和M-K准则的板料高温成形极限预测模型，明确了温度变化对板料的成形极限的影响，提出了改进高强钢板高温成形性能的工艺措施。基于连续介质力学和细观损伤理论，建立了非二次基体的多孔介质模型，用于描述具有复杂各向异性超高强钢的损伤行为，并建立了一种新的韧性断裂准则模型，运用新的韧性断裂准则预测DP钢的成形极限，并通过实验验证了其可靠性。基于向后Euler积分回映算法，将适用于超高强DP钢的本构模型和损伤破裂模型嵌入ABAQUS有限元软件。利用嵌入到ABAQUS的子程序对DP钢板筒形件拉深过程和V形弯曲过程进行了数值模拟，通过与试验结果的对比，验证了所建立材料模型的精度。本课题的科学意义在于：丰富和完善复杂加载路径下汽车用钢板屈服强化规律的研究理论，为汽车用钢板成形的工艺及模具设计提供重要参数，为优化板料成形过程和控制成形质量提供可靠依据，为丰富和发展塑性变形屈服强化理论提供理论和实验基础。