采用十字形试件实现成形极限图的数值预测开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

板料成形技术是重要的金属成形方法之一，广泛应用于工业领域，如：航空、航天、船舶、汽车等。在板料成形过程中，由于几何边界条件和摩擦条件等因素的影响，加载路径通常偏离线性路径，对于复杂形状零件成形、多工步成形等情况更是如此，时常出现破裂、起皱、回弹等成形缺陷[1],所以了解板料成形能力具有重要意义，作为判断板料成形能力的一个重要指标——成形极限图（FLD）[2],由金属薄板在各种应变状态时所能达到的极限应变值所构成的图形，能直观、清楚地表明薄板在冲压过程中的变形情况。零件变形接近或超过成形极限曲线即可冲裂[3],而变形范围在成形极限曲线下方的零件,表明不会出现零件报废的情况，因而通常采用成形极限图作为组织生产，比较最佳工艺以及冲压设计及选材的依据。

通常采用Nakazima或Marciniak实验获取成形极限图[4],但其应变路径仅为线性，很难研究应变路径变化对成形极限的影响。采用十字形试件进行的双向拉伸试验，可通过改变两轴的载荷比或位移比，使中心区得到不同的应力状态，目前已经成为研究热点之一。十字形试件的设计[5]~[11],是十字形双拉实验中一个重要的问题。Lee等[12]采用了“两级减薄”的方法，控制断裂发生在十字形试件的中心位置，第1级减薄区域为正方形，正方形的边与试件的两个加载方向成45°夹角，同时，第2级减薄区域为圆形。通过该双轴实验，建立了成形极限图右半边区域的实验点。Zidane等[13]对十字形试件的中心减薄区域采用了正方形，为了更加有效地控制试件最中心点的断裂发生与变形路径，在此基础上，更进一步采用了“第2级减薄”，第2级减薄区域形状为圆形，厚度为圆弧分布以确保最中心点处厚度最小。针对AA5086铝合金板料，在不同的线性应变路径下，当中心点与附近区域的等效应变增量比达到8时，建立成形极限图相应的成形极限点。Leotoing等[14]建立了该双轴实验的有限元模型，对比了不同本构模型对成形极限的影响。Leotoing等[15] 采用该双轴实验，研究了不同的预应变水平对材料极限的影响，对比了线性与非线性变形路径下板料的成形极限图。

针对本课题，对十字形设计采用了“臂上开缝”和“中心区域减薄”等特点，以便于实现线性加载和非线性加载，在复杂的加载路径下得到准确的成形极限图。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

本课题利用十字形试件中心区域变形路径实时可控的优点，建立十字形试件双拉有限元模型，实现线性加载和非线性加载，对板料的flc进行数值预测，研究预变形对板料成形极限数值预测的影响。

2.2 研究目标

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献，完成英文翻译。明确研究目标与内容，学会研究所需软件。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－7周：提出十字形试件的设计方案，研究中心区域变形路径的精确可控性。

第8－11周：选取合理的板料失效准则，建立线性与非线性变形路径下板料的flc。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 万敏，周贤宾. 复杂加载路径下板料屈服强化及成形极限的研究进展. 塑性工程学报，2000，7 （ 2 ）： 35~39

[2] arrieuxr，bedrin c，boivin m．detemimtionof an intrinsic foming limit stress diagram for isotropic sheets[c]． 12th iddrg，sta． margherita ligure 1982.61~71

[3]yuy;wan m;wu x-d;zhou x-b design of a cruciform biaxial tensile specimen forlimit strain analysis by fem[j] materials processing technology,2002 ,123(1):67-70

[4]bruchis，altant，banabic，d，etal.testing and modeling of material behavior and formability in sheet metal[j].cirp annals-manufacturing technology,2014,63(2):727-749