專利名稱：一種通過(guò)量綱分析建立鍍層金屬板失效機(jī)制圖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料的加工成形領(lǐng)域，具體涉及ー種通過(guò)量綱分析建立鍍層金屬板在加工過(guò)程中失效機(jī)制圖的方法。
背景技術(shù)：
成形極限圖(Forming Limit Diagram, FLD)在金屬板料的加工成形,特別是板料深沖成形過(guò)程中的失效行為，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以成形極限圖為依據(jù)，將有限元數(shù)值模擬、計(jì)算機(jī)仿真與加工實(shí)驗(yàn)有效結(jié)合起來(lái)研究金屬板料塑性加 エ過(guò)程中的失效行為已成為當(dāng)今工程領(lǐng)域的研究主流?；诮饘侔宀牧显诠こ填I(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)其本身的性能要求逐步提高，為了增強(qiáng)金屬板的耐腐蝕性、耐摩擦性及其他特性，往往要對(duì)板材的表面進(jìn)行改性，即通過(guò)電鍍等方法在板材表面鍍上ー層具有某種特性的材料，我們稱這種板材為鍍層金屬薄板。但是針對(duì)鍍層金屬薄板材料的加工成形，由于存在幾何非線性、材料非線性和邊界非線性問(wèn)題，F(xiàn)LD在刻畫(huà)這種材料的失效行為時(shí)遇到了很大挑戰(zhàn)。目前，鍍層金屬薄板材料塑性成形過(guò)程中的失效行為主要通過(guò)FLD來(lái)表征，重點(diǎn)研究基底的破壞情況，并沒(méi)有考慮表面鍍層的失效行為。然而，鍍層在加工過(guò)程中同樣會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂、起皺等失效行為，這將直接影響到材料表面改性的質(zhì)量。遺憾的是，現(xiàn)在學(xué)術(shù)界對(duì)鍍層金屬薄板在加工過(guò)程中鍍層失效行為的表征尚未引起足夠的重視，主要存在三方面的原因使得FLD在這ー研究領(lǐng)域遇到了很大挑戰(zhàn)①鍍層與基底一般為不同種類的材料，二者在塑性變形時(shí)同步延伸性有差異，即存在“力學(xué)性能失配”;②由于金屬鍍層材料與基底材料的厚度存在較大差異，即兩者之間存在“幾何尺度失配”;③由于鍍層在變形加工時(shí)受到模具和基底的雙重邊界約束以及幾何結(jié)構(gòu)的不均勻性，造成鍍層及界面處產(chǎn)生復(fù)雜的變形，其變形機(jī)理非常復(fù)雜。基于這些原因，鍍層金屬薄板塑性加工失效機(jī)制非常復(fù)雜，僅僅依賴單ー的FLD并不能夠?qū)ζ涫袨檫M(jìn)行宏觀的、全方位的把握，必須另辟蹊徑，探究解決這ー問(wèn)題的根本方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問(wèn)題提供ー種通過(guò)量綱分析建立鍍層金屬板在加工過(guò)程中失效機(jī)制圖的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟(I)利用量綱分析的n定理，建立鍍層金屬板加工成形過(guò)程中，失效時(shí)的沖壓深度(沖程)hfail_與加工過(guò)程的各種參數(shù)之間的無(wú)量綱關(guān)系，
_6] hJaiIurc = M 廠，,へ rP，/；/，d, Ec，CTr.，匕.，nc.，tc，Es，CT1,，Vs，ns，ts)，其中，F(xiàn)是壓邊力，il是模具與板材之間的摩擦系數(shù)(沖頭與板材，凹模與板材以及壓邊圈與板材之間的摩擦系數(shù)都是相同的)，rp是沖頭(punch)的圓角半徑，れ是凹模(die)的圓角半徑，d是沖頭與凹模的間隙，E，o, v，n和t分別表示材料的楊氏模量，屈服強(qiáng)度，泊松比，硬化指數(shù)和厚度，下標(biāo)c和s分別表示是鍍層(coating)和基底(substrate)；通過(guò)量綱分析，在不考慮參數(shù)之間耦合的情況下，在加工過(guò)程中對(duì)失效影響的參數(shù)為エ藝參數(shù)，幾何參數(shù)和材料參數(shù)；其中エ藝參數(shù)包括加工過(guò)程中的壓邊カF，模具與板材之間的摩擦系數(shù)U ;得到無(wú)量綱的函數(shù)關(guān)系為
權(quán)利要求
1.ー種通過(guò)量綱分析建立鍍層金屬板在加工過(guò)程中失效機(jī)制圖的方法，其特征在干，該方法包括如下步驟 (1)利用量綱分析的n定理，建立鍍層金屬板加工成形過(guò)程中，失效時(shí)的沖壓深度(沖程)hfail_與加工過(guò)程的各種參數(shù)之間的無(wú)量綱關(guān)系，
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了屬于材料的加工成形領(lǐng)域的一種通過(guò)量綱分析建立鍍層金屬板在加工過(guò)程中失效機(jī)制圖的方法。首先通過(guò)量綱分析建立鍍層金屬板失效機(jī)制圖的方法。包括采用量綱分析的Π定理，對(duì)鍍層金屬薄板沖壓過(guò)程中所涉及的參數(shù)進(jìn)行量綱分析，并建立無(wú)量綱函數(shù)關(guān)系式。然后通過(guò)有限元計(jì)算確定無(wú)量綱函數(shù)的具體表達(dá)式，從而建立起鍍層金屬薄板沖壓過(guò)程的失效機(jī)制圖。本發(fā)明避免了采用單一的成形極限圖來(lái)刻畫(huà)鍍層金屬板在加工過(guò)程中失效的問(wèn)題，提供了一種簡(jiǎn)單、新穎的方法來(lái)研究鍍層金屬板在加工過(guò)程中失效問(wèn)題。為從根本上解決失效問(wèn)題提供基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G01N33/20GK102645522SQ20121014531
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者伍杰, 周益春, 潘勇, 馬增勝 申請(qǐng)人:湘潭大學(xué)