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金属薄板的各向异性及其对成形过程的影响

刘彦娟  
【摘要】:本文以金属板材冲压成形为工程背景,对正交各向异性金属板材在冲压成形过程中的凸耳现象进行了系统的理论分析。有关结论既是对塑性力学的丰富和发展,也可为工程实际提供必要的理论依据。 本文引用了几种正交各向异性材料的屈服准则,比较了它们各自的特点及应用范围。重点总结了 Hill 的各向异性理论,并在其基础上全面介绍了面内异性从宏观和微观上对薄板成形过程的影响,同时简述了忽略面内异性后的薄板平面应力问题的一些性质。并且结合材料性能测试实验结果研究了三种常见的各向异性金属材料,对比了它们在不同方位的r 、σ 的分布,形象的描述了其力学性质。预测了拉深过程中凸耳的生成方向及大小关系。并且根据结果推导计算出了 R.Hill 各向屈服准则中的四个参数。 分别选用有限元模拟软件 ANSYS 和 DYNAFORM 对圆筒的拉深进行了有限元模拟,其中 ANSYS 采用静力隐式算法,依据 R.Hill 各向异性屈服准则。而 DYNAFORM 是动力显示算法,采用 Barlat-Lian 三参数屈服准则。最后结合实验结果对两种模拟结果进行了比较分析,同时也对Hill关于σ 和r 的大小、分布对凸耳产生方向的理论预测进行了验证。 对几种不同的金属材料进行了单向拉伸试验,获得了模拟所需的材料性能。而且还对三种材料进行了圆筒拉深实验。文中介绍了智能化拉深控制系统,本文所有实验均采用美国 NI 公司的虚拟仪器控制软件 LabVIEW、6062E 数据采集卡及相关模块,建立了便携式数据采集系统。在该系统上开发了信号采集和传感器标定等程序,获得了令人满意的结果。


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