CN114414376B - 一种确定热冲压零件断裂应变的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种确定热冲压零件断裂应变的方法，属于金属塑性成形领域，本发明要解决的技术问题为如何准确快速低成本的实现热冲压零件在成形和服役过程中的断裂危险位置预测和断裂应变的获取，技术方案为：该方法如下：S1、设计单轴拉伸试样；设计中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样分别表征单轴拉伸、纯剪切、平面应变以及等双轴拉伸的韧性断裂行为；S2、对单轴拉伸试样进行拉伸实验，根据获取的力‑位移数据，使用非线性曲线拟合确定变形硬化参数，利用反求法外推真实应力应变数据；S3、使用混合数值‑实验法获得在热冲压成形及其零件服役过程中的中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样的芯部的断裂应变值。

Description

一种确定热冲压零件断裂应变的方法
技术领域
本发明涉及金属塑性成形领域，尤其涉及利用混合数值-实验法来获取热冲压零件在成形或服役过程中断裂应变的方法，具体地说是一种确定热冲压零件断裂应变的方法。
背景技术
随着人们对汽车低能耗和安全性需求的不断增长，先进高强度钢(AHSS)被广泛应用于汽车工业。先进高强度钢的应用使得车身强度得到保证，允许使用更少的材料，大幅降低车身重量。但是与传统金属不同，高强度钢具有高强度、低延展性的特点，不仅使得零件在成形过程中易发生开裂缺陷，且很容易产生回弹，影响精度。使用热冲压工艺可以提高零件的成形性能，有效控制回弹，提高零件尺寸精度，降低压机吨位。因此它在汽车工业中备受欢迎。
高强度钢在断裂前没有明显的颈缩现象，且裂纹萌生位置往往位于芯部而不是表面。这些特点给断裂行为的预测工作带来了巨大挑战。随着热冲压工艺的广泛应用，迫切需要一种在热冲压零件在成形或服役过程中，准确直观的找到断裂危险位置，并给出零件断裂应变大小的方法。
故如何准确快速低成本的实现热冲压零件在成形和服役过程中的断裂危险位置预测和断裂应变的获取是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的技术任务是提供一种确定热冲压零件断裂应变的方法，来解决如何准确快速低成本的实现热冲压零件在成形和服役过程中的断裂危险位置预测和断裂应变的获取的问题。
本发明的技术任务是按以下方式实现的，一种确定热冲压零件断裂应变的方法，该方法步骤如下：
S1、设计单轴拉伸试样，以获取材料应力应变即硬化特性；同时设计中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样分别表征单轴拉伸、纯剪切、平面应变以及等双轴拉伸的四种应力状态下的韧性断裂行为；
S2、对单轴拉伸试样进行拉伸实验，根据获取的力-位移数据，使用非线性曲线拟合确定变形硬化参数，利用反求法外推真实应力应变数据，为有限元模拟分析热冲压零件在成形和服役过程中的大变形提供支撑；其中，变形硬化参数包括应变硬化系数K和硬化指数n；
S3、使用混合数值-实验法获得在热冲压成形及其零件服役过程中的中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样的芯部的断裂应变值；
S4、将中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样的断裂应变及其应力状态作为已知量，通过最小二乘法标定断裂模型参数，构建针对热冲压零件的韧性断裂曲面；
S5、配合步骤S4中标定的断裂模型参数将断裂模型改良为韧性断裂模型，将韧性断裂模型使用编程语言编写断裂模型用户子程序，断裂模型用户子程序用于识别韧性断裂模型，利用有限元仿真软件进行仿真计算，对纯剪切到等双轴拉伸应力状态下的断裂行为进行预测，提取结果并与实验获取的力-位移曲线和断裂位移进行对比，验证标定的韧性断裂模型参数的有效性；
S6、根据热冲压零件的成形过程或服役过程建立有限元仿真模型，利用步骤S5中编写断裂模型用户子程序进行热冲压零件的断裂行为预测，并根据处理结果即可得知零件的断裂危险位置和断裂应变数值。
作为优选，所述步骤S1中的单轴拉伸试样是通过电子万能试验机进行轴向拉伸而成；
单轴拉伸试样、中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样均采用慢走丝线切割加工，以确保试样加工精度。
更优地，所述中心孔试样、纯剪切试样以及缺口试样是通过电子万能试验机进行轴向拉伸，拉伸力通过电子万能试验机的称重传感器获得，拉伸位移通过数字散斑测量仪(DIC)的虚拟引伸计功能获取；由于热冲压过程中可能会产生氧化皮，氧化皮在大变形下可能会发生脱落的现象，因此单轴拉伸试样、中心孔试样、纯剪切试样以及缺口试样使用砂纸将试样抛光，除去氧化皮后，再将白色哑光漆喷涂到样品表面；白色亚光漆面在空气中干燥3-5min后，将黑色哑光漆均匀地喷涂在白色底漆表面上，白漆和黑漆的比例为1:1时以保证最好的对比度效果；为了保证油漆韧性，喷漆后的试样需要在1h内完成测试，以防止底漆在干燥后失去韧性，在拉伸过程中发生意外脱落；拉伸过程中的载荷值通过电子万能试验机中的力值传感器实时记录，并将其信号输出至数字散斑测量仪(DIC)并进行合成；拉伸实验开始时，电子万能试验机的力值传感器检测到实时载荷值达到设定值时，数字散斑测量仪(DIC)开始进行图片记录，保证了电子万能试验机和数字散斑测量仪(DIC)同时触发；
更优地，所述等双轴拉伸试样是通过板材成形试验机实现试样等双轴加载，拉伸力通过板材成形试验机称重传感器获取，拉伸位移通过电子板材成形试验机内置的光栅尺传感器获取；等双轴拉伸试样，板材成形试验机压边力的设置应保证圆形薄板被完全压紧，否则会出现实验结果产生偏差；为了确保韧性断裂的起始点位于试样顶部中心附近，在冲头和试样之间放置一层软硅胶垫，并在硅胶垫与圆形薄板接触的表面涂上高粘度凡士林，保证试样和冲头之间足够的润滑，降低冲头与板材之间的摩擦力对试验的影响。
更优地，所述步骤S2中的利用反求法外推真实应力应变数据具体如下：
S201、通过单轴拉伸实验获得材料在颈缩前的真实应力应变数据；
S202、利用纯剪切试样在大变形下不易颈缩的特点，获得材料更大应变范围的力-位移数据；
S203、根据纯剪切试样的力-位移曲线，外推材料真实应力-应变曲线输入有限元材料参数，并提取剪切试样在拉伸过程中的应力-应变曲线，经过迭代获取材料大应变下的本构关系，进而构建弹塑性本构模型。
更优地，所述步骤S3中的断裂应变值测定在数字散斑测量仪(DIC)中取断裂前一帧的最大等效塑性应变值作为表面断裂应变；
所述步骤S3中的混合数值-实验法具体步骤如下：
S301、提取数字散斑测量仪(DIC)记录的单轴拉伸试样表面应力集中点的应变历史；
S302、根据单轴拉伸试样的几何尺寸，对中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样进行建模并导入有限元软件；根据实验过程创建有限元分析模型(定义材料属性、载荷、约束等)进行拉伸过程的模拟计算,计算完成后在有限元软件处理中提取中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样与实验对应表面点的应变历史，与实验结果比较，确认有限元模型的准确性；
S303、获取实验断裂位移下，有限元模型芯部的最大等效塑性应变。得出试样芯部断裂应变。
更优地，所述步骤S5中的韧性断裂模型是根据热冲压成形和零件服役过程对断裂模型进行改良；热冲压钢在变形过程中，孔洞倾向于沿着最大剪切应力的方向(约等于拉伸方向的45°)彼此聚结，孔洞的长轴不在主应变或载荷的方向上延长，而是沿最大剪应力方向发生旋转；使用等效塑性应变描述孔洞形核，塑性变形量越大，形核数量增加；使用应力三轴度(η)描述孔洞的生长，应力三轴度越大，在拉应力作用下孔洞生长速度增快，应力三轴度越小在压应力作用下孔洞逐渐闭合，生长受到抑制；使用罗德参数(L)描述孔洞扭转聚集连接，最后与最大剪应力τmax耦合，以表征孔洞的剪切聚集。
更优地，所述步骤S5中的断裂模型用户子程序采用Abaqus有限元软件的VUMAT；具体如下：
(1)、使用ABAQUS/Explicit求解器对有限元模型进行分析。
(2)、根据定义的弹塑性本构模型，从当前增量步中提取节点应力及应变信息，利用公式①到公式⑤把主应力数据σ1、σ2及σ3转化为应力三轴度η及罗德参数L；
(3)、将该增量步中的每个节点的(η，L，)与韧性断裂模型公式⑧计算的(η，L，)进行对比：
①、若则根据编写的变量更新算法继续下一增量步的计算；
②、若否，则删除该单元，零件开始断裂。
更优地，所述步骤S5中的韧性断裂模型构建过程具体如下：
S501、明确应力三轴度(η)、罗德参数(L)和三个主应力之间的关系，公式如下：
其中，σ1、σ2及σ3均表示主应力；表示Mises等效应力；
将断裂面的三维空间从传统的主应力空间转换到(η,L,)空间，公式如下：
其中，s1、s2及s3表示应力偏量，σm表示平均应力；
S502、金属在热冲压过程中的断裂由最大剪应力主导，故需引入最大剪应力的影响，最大剪应力与主应力间的关系如下：
S503、将公式①带入公式⑥，可得：
S504、结合公式①、公式②、公式⑥公式⑦将应力三轴度、Lode参数及最大剪应力进行耦合以预测热冲压韧性断裂行为，根据单轴拉伸、纯剪切、平面应变以及等双轴拉伸的四种应力状态设置四个韧性断裂模型参数分别为A、B、C和D，公式如下：
其中，f1和f2分别为L和η的函数；公式⑧是针对热冲压过程韧性断裂模型式，能反映金属细观变形机理；韧性断裂模型参数体现了孔洞的形核、生长和聚集扭转，并耦合了最大剪应力对断裂的影响；实际测试结果证明，相比传统断裂模型，本发明模型可以精确预测热冲压零件在成形、服役过程的断裂行为。
本发明的确定热冲压零件断裂应变的方法具有以下优点：
(一)本发明能够以准确快速低成本的实现热冲压零件在成形和服役过程中的断裂危险位置预测和断裂应变的获取；
(二)本发明根据热冲压高强度钢的断裂特点，利用参数表征孔洞演化行为：等效塑性应变描述形核；应力三轴度(η)描述生长；罗德参数(L)描述扭转聚集连接，最后与最大剪应力τmax耦合，构建具有细观塑性变形意义的韧性断裂准则；实际测试结果证明，相比传统断裂模型，本发明针对热冲压零件韧性断裂模型可以精确预测热冲压零件在成形、服役过程的断裂行为；
(三)实际热冲压成形过程中，等双轴拉伸应力状态(η≈0.66，L≈1)是常见应力状态之一；为了覆盖等双轴拉伸应力状态，在模型参数标定过程中，使用四种应力状态的实验数据替代常见的三应力状态，提高对等双轴拉伸应力状态的预测精度，适应热冲压实际工况；
(四)试样的断裂往往萌生于试样的芯部，然而以目前的实验手段如网格法、DIC法等只能监测到试样表面的应变；本发明通过混合数值-实验方法快速准确获得试样芯部的断裂应变，可精确可靠的获得试样的断裂应变；
(五)本发明可以准确直观的确定热冲压件在成形、服役过程中的断裂危险位置，准确获得零件的断裂应变，为热冲压零件的设计及工艺规划提供支撑。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
附图1为一种确定热冲压零件断裂应变的方法的流程框图；
附图2为单轴拉伸试样、中心孔试样、缺口试样、纯剪切试样和等双轴拉伸试样的示意图；
附图3为利用反求法外推真实应力应变数据的流程框图；
附图4为兼顾精度与计算成本的网格离散方法示意图；
附图5为混合数值-实验法的流程框图；
附图6为定的韧性断裂曲面与实验位点对比图；
附图7为针对热冲压零件改良的韧性断裂模型示意图；
附图8为断裂模型用户子程序的流程框图；
附图9为以热冲压U型梁为例，快速获取零件断裂危险位置和断裂应变的结果示意图。
具体实施方式
参照说明书附图和具体实施例对本发明的一种确定热冲压零件断裂应变的方法作以下详细地说明。
实施例：
如附图1所示，本发明的确定热冲压零件断裂应变的方法，该方法步骤如下：
S1、如附图2中(a)所示，设计单轴拉伸试样，以获取材料应力应变即硬化特性；如附图2中(b)、(c)、(d)和(e)所示，同时设计中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样分别表征单轴拉伸(应力三轴度η≈0.33,罗德参数L≈-0.8)、纯剪切(η≈0，L≈0)、平面应变(η≈0.66，L≈0)以及等双轴拉伸(η≈0.66，L≈1)的四种应力状态下的韧性断裂行为；
S2、对单轴拉伸试样进行拉伸实验，根据获取的力-位移数据，使用非线性曲线拟合确定变形硬化参数，如附图2所示，根据几何尺寸及实验过程建立有限元模型，利用反求法外推真实应力应变数据，为有限元模拟分析热冲压零件在成形和服役过程中的大变形提供支撑；其中，变形硬化参数包括应变硬化系数K和硬化指数n；
其中，对中心孔试样、面内剪切试样、缺口试样及等双轴拉伸试样进行拉伸实验，确定材料四个不同应力状态的断裂行为。应用DIC监测表面散斑的变化，同步记录实验过程中试样表面的应变演变历史。
对于步骤1和附图2中描述的表征单轴拉伸、平面应变、纯剪切和等双轴拉伸应力状态的四种试样是示意性的，并不局限于图中特定的几何形状、尺寸。所有表征单轴拉伸、平面应变、纯剪切和等双轴拉伸应力状态的试样都可以应用于本实施例。
S3、使用混合数值-实验法获得在热冲压成形及其零件服役过程中的中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样的芯部的断裂应变值；
S4、将中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样的断裂应变及其应力状态作为已知量，通过最小二乘法标定断裂模型参数，构建针对热冲压零件的韧性断裂曲面；如附图6所示，将混合法求得的芯部断裂应变代入针对热冲压零件改良为韧性断裂模型，通过使用matlab等软件进行最小二乘法迭代，标定断裂模型的待定模型参数。将应力三轴度(-1-1)、Lode参数(-1-1)代入，韧性断裂模型即可构建材料的韧性断裂曲面。断裂曲面准确覆盖了四个试样的材料位点，说明断裂模型标定成功。
S5、配合步骤S4中标定的断裂模型参数将断裂模型改良为韧性断裂模型，将韧性断裂模型使用编程语言编写断裂模型用户子程序，断裂模型用户子程序用于识别韧性断裂模型，利用有限元仿真软件进行仿真计算，对纯剪切到等双轴拉伸应力状态下的断裂行为进行预测，提取结果并与实验获取的力-位移曲线和断裂位移进行对比，验证标定的韧性断裂模型参数的有效性；
S6、根据热冲压零件的成形过程或服役过程建立有限元仿真模型，利用步骤S5中编写断裂模型用户子程序进行热冲压零件的断裂行为预测，并根据处理结果即可得知零件的断裂危险位置和断裂应变数值。
本实施例步骤S1中的单轴拉伸试样是通过电子万能试验机进行轴向拉伸而成；单轴拉伸试样、中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样均采用慢走丝线切割加工，以确保试样加工精度。
本实施例步骤S1中的中心孔试样、纯剪切试样以及缺口试样是通过电子万能试验机进行轴向拉伸，拉伸力通过电子万能试验机的称重传感器获得，拉伸位移通过数字散斑测量仪(DIC)的虚拟引伸计功能获取；由于热冲压过程中可能会产生氧化皮，氧化皮在大变形下可能会发生脱落的现象，因此单轴拉伸试样、中心孔试样、纯剪切试样以及缺口试样使用砂纸将试样抛光，除去氧化皮后，再将白色哑光漆喷涂到样品表面；白色亚光漆面在空气中干燥3-5min后，将黑色哑光漆均匀地喷涂在白色底漆表面上，白漆和黑漆的比例为1:1时以保证最好的对比度效果；为了保证油漆韧性，喷漆后的试样需要在1h内完成测试，以防止底漆在干燥后失去韧性，在拉伸过程中发生意外脱落；拉伸过程中的载荷值通过电子万能试验机中的力值传感器实时记录，并将其信号输出至数字散斑测量仪(DIC)并进行合成；拉伸实验开始时，电子万能试验机的力值传感器检测到实时载荷值达到设定值时，数字散斑测量仪(DIC)开始进行图片记录，保证了电子万能试验机和数字散斑测量仪(DIC)同时触发；
本实施例步骤S1中的等双轴拉伸试样是通过板材成形试验机实现试样等双轴加载，拉伸力通过板材成形试验机称重传感器获取，拉伸位移通过电子板材成形试验机内置的光栅尺传感器获取；等双轴拉伸试样，板材成形试验机压边力的设置应保证圆形薄板被完全压紧，否则会出现实验结果产生偏差；为了确保韧性断裂的起始点位于试样顶部中心附近，在冲头和试样之间放置一层软硅胶垫，并在硅胶垫与圆形薄板接触的表面涂上高粘度凡士林，保证试样和冲头之间足够的润滑，降低冲头与板材之间的摩擦力对试验的影响。
如附图3所示，本实施例步骤S2中的利用反求法外推真实应力应变数据具体如下：
S201、通过单轴拉伸实验获得材料在颈缩前的真实应力应变数据；
S202、利用纯剪切试样在大变形下不易颈缩的特点，获得材料更大应变范围的力-位移数据；
S203、根据纯剪切试样的力-位移曲线，外推材料真实应力-应变曲线输入有限元材料参数，并提取剪切试样在拉伸过程中的应力-应变曲线，经过迭代获取材料大应变下的本构关系，进而构建弹塑性本构模型。
如附图4所示，为了考虑试样芯部的断裂应变，应采用三维实体单元对试样进行离散，以获取厚度方向的应变场。为了平衡计算精度和计算效率，在网格划分手段上，对断裂的关键位置进行了细密的网格划分以保证计算精度，而对于非关键位置，则采取过渡网格的方法进行网格稀疏化，以提高计算效率。
本实施例步骤S3中的断裂应变值测定在数字散斑测量仪(DIC)中取断裂前一帧的最大等效塑性应变值作为表面断裂应变；
本实施例步骤S3中的混合数值-实验法具体步骤如下：
S301、提取数字散斑测量仪(DIC)记录的单轴拉伸试样表面应力集中点的应变历史；
S302、根据单轴拉伸试样的几何尺寸，对中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样进行建模并导入有限元软件；根据实验过程创建有限元分析模型(定义材料属性、载荷、约束等)进行拉伸过程的模拟计算,计算完成后在有限元软件处理中提取中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样与实验对应表面点的应变历史，与实验结果比较，确认有限元模型的准确性；
S303、获取实验断裂位移下，有限元模型芯部的最大等效塑性应变。得出试样芯部断裂应变。
如附图5所示，使用混合数值-实验法获得不同应力状态下试样的芯部断裂应变，其中黑色实线是实验获取的力-位移曲线，方形散点是模拟提取的力-位移曲线，两者吻合较好，说明所建立的有限元模型可以准确描述试样的塑性变形行为；附图5中三角形散点是DIC方法在A点位置提取的表面应变演变历史，点划线为有限元模拟在图中节点A位置提取的表面应变演变历史，三角形散点是DIC监测的实验表面应变，三角散点和实线趋势的高度一致进一步说明所建立的有限元模型的对应变的模拟精度较高，可以满足混合法的要求；图中虚线是有限元模型最大等效塑性应变节点处提取的等效塑性应变演变历史，在实验断裂位移处，取得的最大等效塑性应变值即为混合法求得的芯部断裂应变，该位置用星号进行了标识。
本实施例步骤S5中的韧性断裂模型是根据热冲压成形和零件服役过程对断裂模型进行改良；如附图7所示，热冲压钢在变形过程中，孔洞倾向于沿着最大剪切应力的方向(约等于拉伸方向的45°)彼此聚结，孔洞的长轴不在主应变或载荷的方向上延长，而是沿最大剪应力方向发生旋转；使用等效塑性应变描述孔洞形核，塑性变形量越大，形核数量增加；使用应力三轴度(η)描述孔洞的生长，应力三轴度越大，在拉应力作用下孔洞生长速度增快，应力三轴度越小在压应力作用下孔洞逐渐闭合，生长受到抑制；使用罗德参数(L)描述孔洞扭转聚集连接，最后与最大剪应力τmax耦合，以表征孔洞的剪切聚集。
如附图8所示，本实施例步骤S5中的断裂模型用户子程序采用Abaqus有限元软件的VUMAT；具体如下：
(1)、使用ABAQUS/Explicit求解器对有限元模型进行分析。
(2)、根据定义的弹塑性本构模型，从当前增量步中提取节点应力及应变信息，利用公式①到公式⑤把主应力数据σ1、σ2及σ3转化为应力三轴度η及罗德参数L；
(3)、将该增量步中的每个节点的(η，L，)与韧性断裂模型公式⑧计算的(η，L，)进行对比：
①、若则根据编写的变量更新算法继续下一增量步的计算；
②、若否，则删除该单元，零件开始断裂。
本实施例中的步骤S5中的韧性断裂模型构建过程具体如下：
S501、明确应力三轴度(η)、罗德参数(L)和三个主应力之间的关系，公式如下：
其中，σ1、σ2及σ3均表示主应力；表示Mises等效应力；
将断裂面的三维空间从传统的主应力空间转换到(η,L,)空间，公式如下：
其中，s1、s2及s3表示应力偏量，σm表示平均应力；
S502、金属在热冲压过程中的断裂由最大剪应力主导，故需引入最大剪应力的影响，最大剪应力与主应力间的关系如下：
S503、将公式①带入公式⑥，可得：
S504、结合公式①、公式②、公式⑥公式⑦将应力三轴度、Lode参数及最大剪应力进行耦合以预测热冲压韧性断裂行为，根据单轴拉伸、纯剪切、平面应变以及等双轴拉伸的四种应力状态设置四个韧性断裂模型参数分别为A、B、C和D，公式如下：
其中，f1和f2分别为L和η的函数；公式⑧是针对热冲压过程韧性断裂模型式，能反映金属细观变形机理；韧性断裂模型参数体现了孔洞的形核、生长和聚集扭转，并耦合了最大剪应力对断裂的影响；实际测试结果证明，相比传统断裂模型，本发明模型可以精确预测热冲压零件在成形、服役过程的断裂行为。
如附图9所示，对于步骤S6，以热冲压U形梁为例进行三点弯曲实验，表征热冲压件在服役过程中的断裂情况。基于U形梁的实际尺寸、实验条件建立有限元模型。使用实现的断裂模型进行热冲压U形梁三点弯曲的断裂预测。将模拟结果中提取的裂纹位置、形貌和数据与实验结果进行对比，实线是电子万能试验机提取的实验力-位移数据，方形散点是有限元模拟值，将模拟与实验的断口形貌、断口位置和力-位移曲线进行对比研究表明，本发明可以准确直观的找到热冲压件在成形、服役过程中的断裂危险位置，快速准确低成本的取得零件的断裂应变数值。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种确定热冲压零件断裂应变的方法，其特征在于，该方法步骤如下：
S1、设计单轴拉伸试样，以获取材料应力应变即硬化特性；同时设计中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样分别表征单轴拉伸、纯剪切、平面应变以及等双轴拉伸的四种应力状态下的韧性断裂行为；
S2、对单轴拉伸试样进行拉伸实验，根据获取的力-位移数据，使用非线性曲线拟合确定变形硬化参数，利用反求法外推真实应力应变数据；其中，变形硬化参数包括应变硬化系数K和硬化指数n；
S3、使用混合数值-实验法获得在热冲压成形及其零件服役过程中的中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样的芯部的断裂应变值；
S4、将中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样的断裂应变及其应力状态作为已知量，通过最小二乘法标定断裂模型参数，构建针对热冲压零件的韧性断裂曲面；
S5、配合步骤S4中标定的断裂模型参数将断裂模型改良为韧性断裂模型，将韧性断裂模型使用编程语言编写断裂模型用户子程序，断裂模型用户子程序用于识别韧性断裂模型，利用有限元仿真软件进行仿真计算，对纯剪切到等双轴拉伸应力状态下的断裂行为进行预测，提取结果并与实验获取的力-位移曲线和断裂位移进行对比，验证标定的韧性断裂模型参数的有效性；
S6、根据热冲压零件的成形过程或服役过程建立有限元仿真模型，利用步骤S5中编写断裂模型用户子程序进行热冲压零件的断裂行为预测，并根据处理结果即可得知零件的断裂危险位置和断裂应变数值。
2.根据权利要求1所述的确定热冲压零件断裂应变的方法，其特征在于，所述步骤S1中的单轴拉伸试样是通过电子万能试验机进行轴向拉伸而成；
单轴拉伸试样、中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样均采用慢走丝线切割加工。
3.根据权利要求1或2所述的确定热冲压零件断裂应变的方法，其特征在于，所述中心孔试样、纯剪切试样以及缺口试样是通过电子万能试验机进行轴向拉伸，拉伸力通过电子万能试验机的称重传感器获得，拉伸位移通过数字散斑测量仪的虚拟引伸计功能获取；单轴拉伸试样、中心孔试样、纯剪切试样以及缺口试样使用砂纸将试样抛光，除去氧化皮后，再将白色哑光漆喷涂到样品表面；白色亚光漆面在空气中干燥3-5min后，将黑色哑光漆均匀地喷涂在白色底漆表面上，白漆和黑漆的比例为1:1；喷漆后的试样需要在1h内完成测试；拉伸过程中的载荷值通过电子万能试验机中的力值传感器实时记录，并将其信号输出至数字散斑测量仪并进行合成；拉伸实验开始时，电子万能试验机的力值传感器检测到实时载荷值达到设定值时，数字散斑测量仪开始进行图片记录。
4.根据权利要求3所述的确定热冲压零件断裂应变的方法，其特征在于，所述等双轴拉伸试样是通过板材成形试验机实现试样等双轴加载，拉伸力通过板材成形试验机称重传感器获取，拉伸位移通过电子板材成形试验机内置的光栅尺传感器获取；等双轴拉伸试样，板材成形试验机压边力的设置应保证圆形薄板被完全压紧，否则会出现实验结果产生偏差；在冲头和试样之间放置一层软硅胶垫，并在硅胶垫与圆形薄板接触的表面涂上高粘度凡士林。
5.根据权利要求4所述的确定热冲压零件断裂应变的方法，其特征在于，所述步骤S2中的利用反求法外推真实应力应变数据具体如下：
S201、通过单轴拉伸实验获得材料在颈缩前的真实应力应变数据；
S202、利用纯剪切试样在大变形下不易颈缩的特点，获得材料更大应变范围的力-位移数据；
S203、根据纯剪切试样的力-位移曲线，外推材料真实应力-应变曲线输入有限元材料参数，并提取剪切试样在拉伸过程中的应力-应变曲线，经过迭代获取材料大应变下的本构关系，进而构建弹塑性本构模型。
6.根据权利要求5所述的确定热冲压零件断裂应变的方法，其特征在于，所述步骤S3中的断裂应变值测定在数字散斑测量仪中取断裂前一帧的最大等效塑性应变值作为表面断裂应变；
所述步骤S3中的混合数值-实验法具体步骤如下：
S301、提取数字散斑测量仪记录的单轴拉伸试样表面应力集中点的应变历史；
S302、根据单轴拉伸试样的几何尺寸，对中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样进行建模并导入有限元软件；根据实验过程创建有限元分析模型进行拉伸过程的模拟计算,计算完成后在有限元软件处理中提取中心孔试样、纯剪切试样、缺口试样以及等双轴拉伸试样与实验对应表面点的应变历史，与实验结果比较，确认有限元模型的准确性；
S303、获取实验断裂位移下，有限元模型芯部的最大等效塑性应变，得出试样芯部断裂应变。
7.根据权利要求6所述的确定热冲压零件断裂应变的方法，其特征在于，所述步骤S5中的韧性断裂模型是根据热冲压成形和零件服役过程对断裂模型进行改良；热冲压钢在变形过程中，孔洞倾向于沿着最大剪切应力的方向彼此聚结，孔洞的长轴沿最大剪应力方向发生旋转；使用等效塑性应变描述孔洞形核，塑性变形量越大，形核数量增加；使用应力三轴度η描述孔洞的生长，应力三轴度越大，在拉应力作用下孔洞生长速度增快，应力三轴度越小，在压应力作用下孔洞逐渐闭合，生长受到抑制；使用罗德参数L描述孔洞扭转聚集连接，最后与最大剪应力τmax耦合，以表征孔洞的剪切聚集。
8.根据权利要求7所述的确定热冲压零件断裂应变的方法，其特征在于，所述步骤S5中的断裂模型用户子程序采用Abaqus有限元软件的VUMAT；具体如下：
(1)、使用ABAQUS/Explicit求解器对有限元模型进行分析；
(2)、根据定义的弹塑性本构模型，从当前增量步中提取节点应力及应变信息，利用公式①到公式⑤把主应力数据σ1、σ2及σ3转化为应力三轴度η及罗德参数L；
(3)、将该增量步中的每个节点的(η，L，)与韧性断裂模型公式⑧计算的(η，L，/>)进行对比：
①、若则根据编写的变量更新算法继续下一增量步的计算；
②、若否，则删除该节点，零件开始断裂；
其中，韧性断裂模型构建过程具体如下：
S501、明确应力三轴度η、罗德参数L和三个主应力之间的关系，公式如下：
其中，σ1、σ2及σ3均表示主应力；表示Mises等效应力；
将断裂面的三维空间从传统的主应力空间转换到(η,L,)空间，公式如下：
其中，s1、s2及s3表示应力偏量，σm表示平均应力；
S502、金属在热冲压过程中的断裂由最大剪应力主导，故需引入最大剪应力的影响，最大剪应力与主应力间的关系如下：
S503、将公式①带入公式⑥，可得：
S504、结合公式①、公式②、公式⑥和公式⑦将应力三轴度、Lode参数及最大剪应力进行耦合以预测热冲压韧性断裂行为，根据单轴拉伸、纯剪切、平面应变以及等双轴拉伸的四种应力状态设置四个韧性断裂模型参数分别为A、B、C和D，公式如下：
其中，f1和f2分别为L和η的函数；公式⑧是热冲压过程的韧性断裂模型，能反映金属细观变形机理；韧性断裂模型参数体现了孔洞的形核、生长和聚集扭转，并耦合了最大剪应力对断裂的影响。
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