● 摘要
破裂是板材成形工艺中最常见的缺陷形式之一，研究金属板材的损伤破裂机理，准确预测板材成形过程中的失效行为，对于指导生产具有现实的意义。成形极限（forming limit）被广泛应用于金属板材成形中的破裂预测中。但是基于塑性失稳理论获得的成形极限曲线依赖于应变路径，不能准确预测复杂应变路径下板材的失效行为，它没有考虑材料变形过程中的损伤行为，对于一些破裂前无明显颈缩现象的新材料来说，预测结果并不理想。运用韧性断裂准则预测金属板材的破裂成形极限能弥补这些不足，并取得了显著成果。
本文基于空穴损伤模型，通过研究金属材料塑性变形过程中，其内部空穴形核、长大、聚合的发展过程，分析了等效塑性应变、应力三轴度和最大剪应力在韧性损伤发展过程中的重要作用。以DP钢为例，通过单拉、平面应变、剪切和胀形试验研究不同应力状态下板材成形的力学性能和断裂应变。通过ABAQUS有限元软件对上述试验进行数值模拟，获得了不同应力状态下，材料断裂截面上应力三轴度和空穴体积分数的分布规律。
基于细观空穴损伤的概念，确定了损伤变量。在屈服函数就是塑性势函数通用性假设基础上推导了韧性损伤演化模型。为了考虑剪切效应，引入最大剪应力与等效塑性应力之比，以反映不同应变状态下空穴形核、长大以及聚合的差异。最后提出了一种包含应力三轴度和剪应力因子的韧性断裂准则。在Hill正交各向异性屈服假设的基础上，描述了平面应力状态下应力比值、r值对应力三轴度和剪应力因子的影响。运用新的韧性断裂准则对DP590、DP780进行了成形极限预测和实验验证，结果表明，新的模型能较准确地预测其破裂成形极限。