先进高强钢板成形失效的弯曲效应与拉弯成形极限预测结题摘要

针对高强钢拉弯成形条件下小圆角失效严重，废品率高，传统失效准则无法准确预测的问题，开展了高强钢失效行为的弯曲效应研究，设计并开发了高强钢拉压循环加载下的实验夹具和测试方法，获得了非对称加载下的力学性能数据；借助新夹具实现了不同变形模式、不同应变率和不同变形温度条件下相变高强钢的微观组织测试，并揭示了微观演化和宏观变形之间的内在关系，建立了可靠的预测模型；以此为物理依据，建立了各向异性的硬化模型，准确描述拉弯过程的应力应变，并开发材料子程序构建拉弯有限元仿真模型，进一步研究弯曲效应下的板材颈缩失效演化规律；设计开发考虑厚向应力的面外剪切断裂强度测试试样，建立各向异性断裂准则，提出高强钢小圆角拉弯条件下剪切断裂的新机制，提供了准确预测的理论方法和实验手段；相关研究在车身冲压制造中进行了推广应用，获得了一定的工程效果。 2100433B

先进高强钢板小圆角拉弯成形开裂问题突出，导致车身安全构件成形质量下降、制造成本上升。小圆角拉弯成形中板材受到面外弯矩与非均匀厚向应力作用，造成面内外加载耦合、分层硬化显著，使得成形颈缩失效行为表现出强烈的弯曲效应。传统成形极限理论基于面内拉伸变形与厚向均匀硬化假设，无法准确描述颈缩失效的弯曲效应。本项目拟引入面外弯曲与面内拉伸变形的耦合作用以及沿板材厚度方向的非均匀硬化特性描述，建立弯曲效应下板材成形颈缩失效分析新方法，揭示先进高强钢板成形颈缩失效弯曲效应问题的机理，扩展基于面内变形模式的传统成形极限理论。建立适用于高强钢板小圆角拉弯成形的颈缩失效判据，提出基于顶层极限应变的拉弯成形极限图（BFLD），能精确计算沿板厚方向顶层、中性层和底层材料的极限应变，提高先进高强钢构件成形失效的预测精度。设计并建立符合典型小圆角拉弯加载条件的拉弯成形极限实验测试方法，为理论预测和工程应用提供准确依据。

经过喷涂、电泳、电镀、抛光、拉丝等的材料可以直接弯曲，不会损伤材料表面。

空腔、复杂截面的型材可一次成形。在相对弯曲半径允许的情况下，内壁不会起皱，截面不会畸变。

拉弯可有效消除材料内部的残余应力，产品尺寸稳定性好。

由于金属材料的冷作硬化，材料经拉弯后，可改善材料的综合机械性能。

先进高强度钢(AHSS)是目前最具潜力的汽车轻量化材料，然而其相对较低的延伸率导致的成型或碰撞过程中发生的早期断裂，妨碍了它的广泛应用。汽车和钢铁工业界迫切需要可靠的断裂预测和数值模拟方法，应用于AHSS部件成型和碰撞安全性设计中的断裂预测和控制。AHSS板料为各向异性材料，在成型和碰撞过程中的复杂载荷历程和高应变率显著影响了其断裂特性。本项目研究复杂载荷历程和高应变率条件下AHSS板料的各向异性断裂特性和数值模拟方法，建立其各向异性塑性本构模型、宏观断裂准则和相应的用户自定义材料模型子程序，开发高效的壳单元分割算法，应用于基于大规模壳单元的成型和碰撞仿真分析，最终实现AHSS部件成型和碰撞安全性设计中断裂失效的预测和数值模拟。本项目属固体力学、计算力学和材料科学交叉前沿课题，具有理论深度和难度，又可满足汽车和钢铁工业的迫切需要，推动AHSS在汽车轻量化领域的应用，因而具有重要研究价值。 2100433B