镀层拉伸失效机制

不同工艺条件下镀层金属板拉深过程中的失效机制图 报告人 伍杰指导老师 周益春教授报告时间 2010 11 20 内容提要 1背景2失效准则3有限元模型4模拟的一些结果5下一步的研究 1背景 冲压加工 成形 弯曲 整形 卷边 拉深 分离 冲裁 切口 切边 剪切 1背景 拉深过程中两种主要的失效模式 模式a 断裂 fracture 模式b起皱 wrinkling 1背景 工程师的问题 采用什么材料 怎样的工艺参数 几何参数 成功 断裂 起皱 1背景 动机 选择 评价 1背景 失效机制图的示意图 目标 有限元模拟 量纲分析 实验 模拟 量纲分析 失效机制图 实验 1背景 方法 量纲分析 我们选取和为基本的量纲量 则可以得到 1背景 1背景 工艺参数 几何参数 材料参数 我们在考虑每一类参数的影响时 其他的参数保持不变 1背景 2失效准则 失效准则包括两个方面 断裂的失效和起皱的失效 采用何种演化方式 线性 表格和指数形式 线性演化只适用于理想塑性材料 采用表格形式的演化方式 那么是如何定义的呢 这样 塑性位移与损伤就有一一对应的关系 2失效准则 在有限元的模拟中 对于起皱的准则 有三种方法 1 1 M Strano ProceedingsofInnovationsinTubeHydroformingTechnology Troy June 2000 2 J B Kim JournalofMaterialsProcessingTechnology111 2001 170 174 3 P Nordlund InternationalJournalforNumericalMethodsinEngineering40 1997 127 143 4 W Thomas Ph D Dissertation OhioStateUniversity 1999 ABifurcationanalysisandnon bifurcation 2 BAnalysisoftheincrementalsecond orderenergy 3 CGeometricalmethod 4 2失效准则 直接测量凹模的上表面与压边圈下表面的距离 8 3有限元模型 有限元模型示意图 3有限元模型 3有限元模型 基本假设和边界条件等 A假设冲头 压边圈及凹模都是刚性的B假设板材与各个模具之间的摩擦系数是常数 而且大小相同C在冲压的过程中 冲头只有2方向的位移D在z 0面内 3方向的位移为0E在x 0面内 1方向的位移为0F凹模在整个过程中是固定的G压边圈允许有2方向的位移 无量纲参数的范围 0 0 35 0 0 5 0 01 0 1 0 05 0 5 0 001 0 1 0 1 10 5 15 1 1 2 3有限元模型 镀层 基底 5 Y G Liao etal MechanicsofMaterials41 2009 308 318 3有限元模型 模拟中采用的工艺参数 0 0 35 1kN 10kN 0 05 0 5 3有限元模型 3有限元模型 4模拟的结果 4模拟的结果 4模拟的结果 不同的压边力情况下的失效机制图 4模拟的结果 4模拟的结果 4模拟的结果 4模拟的结果 4模拟的结果 不同的摩擦系数情况下的失效机制图 4模拟的结果 success wrinkling fracture Notfailurebutunsuccessful 4模拟的结果 success wrinkling fracture 4模拟的结果 fracture success 4模拟的结果 失效机制图的实验验证 5下一步的研究 不同的摩擦系数可以通过改变不同的润滑剂来实现 不同的润滑剂对应不同的摩擦系数机油30 100 对应的摩擦系数为0 3左右蓖麻油 80 对应的摩擦系数为0 15左右氯化石蜡70 100 摩擦系数为0 07左右 不同的压边力可以控制 恒定的压边力 改变压边力的大小分别为2000N 4000N 6000N 8000N进行冲压实验 冲压的深度为9mm 采用板金成形应变测试系统来分析实验结果 5下一步的研究 ARGUS原理在板金变形前 利用电化学蚀刻的方法在金属板材表面蚀刻规则的网格模板图案 在成形过程中 这些由许多小圆点构成的图形会随着板金的变形而发生变形 但这些圆点在成形过程中即使受到压力和摩擦的作用也不会被擦除 5下一步的研究 ARGUS测量结果ARGUS测量软件会在每一张相片中定义出每个小圆点的位置 然后利用 摄影测量计算 的方法 根据不同角度照片的数据计算出每个圆点的空间坐标 通过这些点阵 可以定义零件变形后的形状 此外 通过计算各圆点间的距离变化 可以获得零件的 面内变形 lateraldistortion 利用这些数据 计算出零件的应变分布 热点区域和板材的厚度变化 假定体积不变 5下一步的研究 测量的结果 只能够测量出应变场的大小以及厚度的变化情况 如何与我们的断裂的情况对应呢 5下一步的研究 两种方案 A比较冲压深度在9mm时 应力场与应变场B对于实验中 厚度改变值给定一个标准 超过即认为产生了失效 谢谢 何丹农