CN114386216A - 一种基于剪切应变路径构建高强钢加工硬化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于剪切应变路径构建高强钢加工硬化的方法，属于材料性能检测技术领域。本发明的技术方案是：采用剪切试验无缩颈的现象，利用DOE参数优化设计与仿真模拟相结合的手段，精准地描述了高强钢加工硬化曲线，得到了真应变到1的真应力‑真应变曲线。本发明的有益效果是：得到的加工硬化曲线适合于常见路径下该材料的加工硬化能力，为高强钢在冲压成形或汽车碰撞安全的实际生产和模拟仿真提供最为准确的数据支撑。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于剪切应变路径构建高强钢加工硬化的方法，属于材料性能检测技术领域。
背景技术
近年来，为了实现车身减重和汽车碰撞安全的双重目标，先进高强钢在车身中的应用越来越广泛。先进高强钢具有强度高，塑性差的特点。现在通常采用狗骨头型的单轴拉伸试验获得高强钢的加工硬化曲线，这种方法的优点在于快捷易操作，缺点在于只能精准地获得高强钢在均匀变形阶段的加工硬化曲线，均匀变形结束后，单轴拉伸试样出现了缩颈，拉伸试验机的接触式引伸计无法准确预测均匀延伸率后的加工硬化曲线。实际冲压零件的不同位置所经历的应变路径时复杂多样的，而常见的剪切、拉剪等应变路径下材料的应变量远超于单轴拉伸应变路径。因此仅仅由单轴拉伸实验获得的高强钢加工硬化曲线是不全面的，不足以反应高强钢的全部加工硬化水准。
发明内容
本发明目的是提供一种基于剪切应变路径构建高强钢加工硬化的方法，对高强钢的加工硬化曲线进行了精准拟合，由于剪切试样在整个应变过程中无缩颈产生，因此巧妙地选取了剪切试验对高强钢的加工硬化曲线进行拟合，有效地解决了单轴拉伸试验由于缩颈产生而带来的缩颈后加工硬化曲线测量不准确的问题，该方法得到的加工硬化曲线适合于常见路径下该材料的加工硬化能力，为高强钢在冲压成形或汽车碰撞安全的实际生产和模拟仿真提供最为准确的数据支撑，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：一种基于剪切应变路径构建高强钢加工硬化的方法，包含以下步骤：
步骤a、按照ASTM E-8标准，加工单轴拉伸试样，进行单轴拉伸试验，获得单轴拉伸路径下的工程应力-工程应变曲线，提取均匀延伸率Ag值之前的工程应力-工程应变曲线，利用公式将工程应力-工程应变曲线转换真应力-真应变曲线；
步骤b、加工剪切试样，并进行剪切试验，同时采集力-位移曲线；
步骤d、利用Ludwik、Swift、Gosh或hockett-sheerby经验公式，将单轴拉伸试验获得的真应力-真应变曲线拟合外推至真应变为1，获得缩颈后高强钢的加工硬化曲线；
步骤e、利用仿真软件建立剪切试样的仿真模型，将拟合外推后的真应力-真应变曲线作为材料基本性能输入到仿真软件中，进行模拟仿真分析，提取仿真数据中的力-位移曲线，与实际剪切试验得到的力-位移曲线进行对比，分别找出高于和低于实际曲线的两种拟合方式；
步骤f、将真应变作为自变量，真应力作为因变量，在均匀延伸率后，取8-10点作为真应变的数值，真应力的上限为高的拟合公式，下限为低的拟合公式，以剪切试验的力-位移曲线为设计目标，进行DOE参数优化设计，设计50组样品点；
步骤g、将仿真得到的力-位移曲线与剪切试验的力-位移曲线相交面积最小的样品点，作为最优解，即为优化后的高强钢加工硬化曲线。
所述步骤a中，利用的公式为
所述步骤b中，在剪切试样上喷散斑，利用DIC技术获得剪切试验过程的材料瞬时应变分布图和力-位移曲线。
所述单轴拉伸试样和剪切试样利用线切割的方法加工，并进行打磨，避免试验加工过程中激光切割的热输入和冲裁带来的边缘质量对试验结果的影响。
本发明的有益效果是：对高强钢的加工硬化曲线进行了精准拟合，由于剪切试样在整个应变过程中无缩颈产生，因此巧妙地选取了剪切试验对高强钢的加工硬化曲线进行拟合，有效地解决了单轴拉伸试验由于缩颈产生而带来的缩颈后加工硬化曲线测量不准确的问题，该方法得到的加工硬化曲线适合于常见路径下该材料的加工硬化能力，为高强钢在冲压成形或汽车碰撞安全的实际生产和模拟仿真提供最为准确的数据支撑。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明的单轴拉伸试样图；
图3是本发明的剪切试样；
图4是通过经验公式拟合外推的高强钢加工硬化曲线图；
图5是本发明剪切试验的仿真模型；
图6是本发明各模型仿真得到的力-位移曲线；
图7是本发明优化得到的高强钢加工硬化曲线；。
具体实施方式
为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护范围。
一种基于剪切应变路径构建高强钢加工硬化的方法，包含以下步骤：
步骤a、按照ASTM E-8标准，加工单轴拉伸试样，进行单轴拉伸试验，获得单轴拉伸路径下的工程应力-工程应变曲线，提取均匀延伸率Ag值之前的工程应力-工程应变曲线，利用公式将工程应力-工程应变曲线转换真应力-真应变曲线；
步骤b、加工剪切试样，并进行剪切试验，同时采集力-位移曲线；
步骤d、利用Ludwik、Swift、Gosh或hockett-sheerby经验公式，将单轴拉伸试验获得的真应力-真应变曲线拟合外推至真应变为1，获得缩颈后高强钢的加工硬化曲线；
步骤e、利用仿真软件建立剪切试样的仿真模型，将拟合外推后的真应力-真应变曲线作为材料基本性能输入到仿真软件中，进行模拟仿真分析，提取仿真数据中的力-位移曲线，与实际剪切试验得到的力-位移曲线进行对比，分别找出高于和低于实际曲线的两种拟合方式；
步骤f、将真应变作为自变量，真应力作为因变量，在均匀延伸率后，取8-10点作为真应变的数值，真应力的上限为高的拟合公式，下限为低的拟合公式，以剪切试验的力-位移曲线为设计目标，进行DOE参数优化设计，设计50组样品点；
步骤g、将仿真得到的力-位移曲线与剪切试验的力-位移曲线相交面积最小的样品点，作为最优解，即为优化后的高强钢加工硬化曲线。
所述步骤a中，利用的公式为
所述步骤b中，在剪切试样上喷散斑，利用DIC技术获得剪切试验过程的材料瞬时应变分布图和力-位移曲线。
所述单轴拉伸试样和剪切试样利用线切割的方法加工，并进行打磨，避免试验加工过程中激光切割的热输入和冲裁带来的边缘质量对试验结果的影响。
实施例：
a、按照ASTME-8标准，利用线切割加工材质为DP980-1.2mm的单轴拉伸试样，标距段长度为50mm，对试样的边缘进行打磨，保证试样边缘无毛刺、硌伤等，以免影响实验结果，在Zwick/Roell试验机上进行单轴拉伸试验，利用接触式引伸计获得DP980材料的工程应力-工程应变曲线，该试验重复三次；
b、利用线切割加工材质为DP980-1.2mm的剪切试样，同样进行边部打磨，尤其是变形部位的打磨，利用Zwick/Roell试验机进行剪切试验，同时利用实验机采集力-位移曲线，该试验重复三次；
c、对比三次单轴拉伸试验的工程应力-工程应变曲线，选取曲线居中的一组， 试验机报出DP980材料的均匀延伸率为0.09，因此截取DP980材料应变范围从0-0.09的工程应力-工程应变曲线，并将工程应力-工程应变曲线转化为真实应力-真应变曲线，；
d、利用Ludwik、Swift、Gosh、hockett-sheerby等经验公式，将上步中得到的真应力-真应变曲线进行拟合外推，真应变拟合外推至1，得到不同经验公式下DP980高强钢缩颈后的加工硬化行为；
e、建立剪切试验的数模仿真模型，将由经验公式外推得到的四条真应力-真应变曲线作为先进高强钢DP980的本构方程进行仿真计算，得到力-位移曲线；
f、将仿真得到的力-位移曲线与实际剪切的力-位移曲线进行对比，发现由swift拟合外推模型得到的仿真数据高于试验数据，Gosh拟合外推模型得到的仿真数据低于试验数据；
g、选取应变大于0.09的10个真应变点作为自变量，分别为0.12、0.15、0.2、0.23、0.3、0.35、0.4、0.5、0.7、1.0，相对应的真应力作为因变量，因变量的上限为swift拟合外推模型，下线为Gosh拟合外推模型，以剪切试验得到的力-位移曲线为目标函数，进行DOE参数优化设计，设计50组样品点；
h、确定一组与剪切试验的力-位移曲线相交面积最小的样品点作为最优解，DP980-1.2mm材料的最优解如表1所示，即为优化后的高强钢加工硬化曲线。
表1 由仿真数据得到的最优样品点
本发明专利巧妙的采用剪切试验，利用DOE优化设计与仿真模型相结合的手段，精准地描述了高强钢在单轴拉伸试验缩颈后的加工硬化行为，有效地弥补了单轴拉伸试验缩颈后高强钢加工硬化能力检测不准确的弊端。
Claims (4)
1.一种基于剪切应变路径构建高强钢加工硬化的方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤a、按照ASTM E-8标准，加工单轴拉伸试样，进行单轴拉伸试验，获得单轴拉伸路径下的工程应力-工程应变曲线，提取均匀延伸率Ag值之前的工程应力-工程应变曲线，利用公式将工程应力-工程应变曲线转换真应力-真应变曲线；
步骤b、加工剪切试样，并进行剪切试验，同时采集力-位移曲线；
步骤d、利用Ludwik、Swift、Gosh或hockett-sheerby经验公式，将单轴拉伸试验获得的真应力-真应变曲线拟合外推至真应变为1，获得缩颈后高强钢的加工硬化曲线；
步骤e、利用仿真软件建立剪切试样的仿真模型，将拟合外推后的真应力-真应变曲线作为材料基本性能输入到仿真软件中，进行模拟仿真分析，提取仿真数据中的力-位移曲线，与实际剪切试验得到的力-位移曲线进行对比，分别找出高于和低于实际曲线的两种拟合方式；
步骤f、将真应变作为自变量，真应力作为因变量，在均匀延伸率后，取8-10点作为真应变的数值，真应力的上限为高的拟合公式，下限为低的拟合公式，以剪切试验的力-位移曲线为设计目标，进行DOE参数优化设计，设计50组样品点；
步骤g、将仿真得到的力-位移曲线与剪切试验的力-位移曲线相交面积最小的样品点，作为最优解，即为优化后的高强钢加工硬化曲线。
2.根据权利要求1所述的一种基于剪切应变路径构建高强钢加工硬化的方法，其特征在于：所述步骤a中，利用的公式为
3.根据权利要求1所述的一种基于剪切应变路径构建高强钢加工硬化的方法，其特征在于：所述步骤b中，在剪切试样上喷散斑，利用DIC技术获得剪切试验过程的材料瞬时应变分布图和力-位移曲线。
4.根据权利要求1所述的一种基于剪切应变路径构建高强钢加工硬化的方法，其特征在于：所述单轴拉伸试样和剪切试样利用线切割的方法加工，并进行打磨，避免试验加工过程中激光切割的热输入和冲裁带来的边缘质量对试验结果的影响。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115326594A (zh) * | 2022-07-28 | 2022-11-11 | 本钢板材股份有限公司 | 一种用于材料高速剪切变形的位移测量方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008142774A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-06-26 | Jfe Steel Kk | 応力−ひずみ関係シミュレート方法、応力−ひずみ関係シミュレーションシステム、応力−ひずみ関係シミュレーションプログラム、及び当該プログラムを記録した記録媒体 |
| CN111125960A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-05-08 | 中国汽车工程研究院股份有限公司 | 一种gissmo材料失效模型参数优化方法 |
| WO2021037036A1 (zh) * | 2019-08-28 | 2021-03-04 | 肖锋 | 一种测定材料真实应力应变曲线的试验与计算方法 |
| CN113420391A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-09-21 | 北京理工大学重庆创新中心 | 一种获得复杂应力状态下材料高精度硬化模型参数的方法 |
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2021
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008142774A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-06-26 | Jfe Steel Kk | 応力−ひずみ関係シミュレート方法、応力−ひずみ関係シミュレーションシステム、応力−ひずみ関係シミュレーションプログラム、及び当該プログラムを記録した記録媒体 |
| WO2021037036A1 (zh) * | 2019-08-28 | 2021-03-04 | 肖锋 | 一种测定材料真实应力应变曲线的试验与计算方法 |
| CN111125960A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-05-08 | 中国汽车工程研究院股份有限公司 | 一种gissmo材料失效模型参数优化方法 |
| CN113420391A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-09-21 | 北京理工大学重庆创新中心 | 一种获得复杂应力状态下材料高精度硬化模型参数的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 聂昕;杨昕宇;张茜;顾成波;: "基于不同应变路径的QP980超高强钢板回弹预测", 塑性工程学报, no. 04, 31 December 2020 (2020-12-31) * |
| 蔡淑娟;朱亮;张忠发;: "双孔微剪切评定焊接接头的局部强度", 焊接学报, no. 04, 25 April 2016 (2016-04-25) * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115326594A (zh) * | 2022-07-28 | 2022-11-11 | 本钢板材股份有限公司 | 一种用于材料高速剪切变形的位移测量方法 |
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