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新开发的高精度、用户友好、高计算效率各向异性强化模型发表在期刊Mech. Mater上,恭喜陈哲同学
发布者: 娄燕山 | 2022-01-15 | 471

硕士生陈哲的论文被Mechanics of Materials接收,题目为:User-friendly anisotropic hardening function with non-associated flow rule under the proportional loadings for BCC and FCC metals (https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2021.104190)。该论文提出了一个各向异性强化模型,具有精度高、用户友好、有限元计算效率高等诸多有点。

金属板材在轧制过程中,晶粒沿轧制方向纤维化,导致其宏观塑性变形特性具有明显的各向异性特性。自第一个各向异性屈服方程Hill48的提出,各向异性塑性变形特性表征一直是塑性力学研究领域的一个重要研究方向,提出了众多的各向异性本构模型,包括Hill79、Hill90、Hill93、Hosford79、Barlat family方程(Yld89、Yld91、Yld96、Yld2000-2d、Yld2004-18p)、Karafillis-Boyce1993、Cazacu-Barlat2001、Yoshida2013以及作者课题组提出的aDrucker(2018)、rYld2004(2019)等。

这些各向异性屈服方程假设各向同性强化,但实验结果表明,钢及铝合金板材沿不同方向的单向拉伸和等轴双向拉伸状态下的硬化行为具有明显的差异,各向同性强化假设并不能精确表征各向异性强化行为。Stoughton&Yoon(2009)基于Hill48屈服方程提出了 - 在作者有限的知识里第 - 一个各向异性强化方程。Lee等(2017)把Stoughton-Yoon2009与Hosford72方程相结合,提出了CQN各向异性强化方程。Lian(2018)等提出了一个基于Hill48的模型,表征应力和r值的演化。Hu等(2020),Hou等(2020)也提出了具有各自优点的各向异性强化方程。

在相关研究的基础上,陈哲等把Stoughton-Yoon2009与Drucker方程相结合,提出了一个新的各向异性强化方程。首先表征了Drucker方程的c值,以提高BCC与FCC金属平面应变状态强度表征的精度;然后通过Stoughton-Yoon2009,精确精确表征在单向拉伸和等轴双向拉伸状态的各向异性强化行为;最后,基于非相关流动准则,通过Hill48各向异性势函数,实现单向拉伸状态下r-value的精确表征。通过以上方法,实现金属板材各向异性强化个性的精确表征。

提出的各向异性强化方程不仅能实现单向拉伸、平面应变拉伸、等轴双向拉伸等状态塑性变形的高精度表征,在有限元应用过程中,只需要输入单向拉伸、等轴双向拉伸状态的硬化曲线,不用另外编写优化程序来标定模型参数,因此具有用户友好特性。最后,因为提出的方程是基于第二和第三应力不变量的形式,有限元计算中不用计算主应力及其偏导数,保证了其有限元计算效率高,用户可以在较短的时间内得到有限元模拟结果。

因为与现有模型相比具有以上三个优点,该各向异性强化方程具有很大的有限元应用潜力和前景。