题目：热环境板材屈服行为研究

 

板材力学性能参数的求解及其适用的各向异性屈服准则准确建立，对于精确预测板材在塑性变形过程的力学行为，提高板材成形过程的数值模拟精度，以及精确解析板材塑性成形工艺等问题具有重要的意义。本文通过实验技术、理论分析以及数值模拟三者相结合的方法，针对汽车用DP590高强钢板材温环境下的力学性能、应力应变关系以及屈服行为进行了深入研究。

通过DP590板材温环境下单向拉伸实验研究，结果表明：温度从20℃~190℃变化时，沿DP590板材的0°、45°、90°方向上的应力应变曲线均呈现随温度升高先降低后升高的现象，150℃之后应力应变曲线出现明显的阶梯状特征。总体来说，DP590板材的屈服强度随着温度的升高先减小后增加；抗拉强度随着温度的升高先减小后增加；DP590板材的屈强比呈现随着温度的升高先增加后减小再增加的趋势。

通过石英灯辐射加热的方法建立了十字形试件加热装置，实现了温环境下板材十字形试件双向拉伸实验。通过温环境下的十字形试件双拉实验，获得了DP590板材在不同温度不同加载路径下的实验应力应变曲线。结果表明：同一温度下，随着板材进入一定量的塑性变形后，加载比例从单向拉伸状态到等双拉状态，DP590板材的应力应变曲线都呈现出逐渐升高的变化趋势，等双拉状态下的曲线明显高于单拉时的曲线。最高的应力应变曲线出现在载荷比例4:3和3:4的应力状态下。与单拉实验一样，150℃以后实验应力应变曲线出现了明显的阶梯状现象。不管是在DP590板材的载荷比例4:4、4:2的轧制方向上还是在载荷比例4:4、2:4的垂直轧制方向上，应力应变曲线均出现随温度的升高先降低后升高的现象。100℃时，应力应变曲线最低，190℃时的曲线超过20℃的。

通过双拉实验应力应变曲线再结合单位体积塑性功相等原理，获得了DP590板材在不同温度不同等效塑性应变下的实验屈服轨迹，并与理论屈服轨迹进行对比。结果表明：DP590板材在同一温度、不同等效塑性应变下的屈服轨迹形状极其相似。随着变形程度的增加屈服轨迹逐渐向外扩张，并满足外凸性法则，单拉时强化程度最小，等双拉状态下达到最大。在20℃、60℃、150℃时，Hill93屈服准则最符合DP590板材的实验屈服轨迹；100℃时，Hosford的理论屈服轨迹最好，Hill48屈服准则吻合效果最差；190℃时，Hill48理论屈服轨迹最好，Hosford屈服准则吻合效果最差。

在相同等效塑性应变下，屈服轨迹大小都呈现随温度升高先减小后增加的趋势，在100℃时屈服轨迹形状最小。在塑性应变为0.2%时，190℃下的屈服轨迹形状大小低于20℃下的，但当塑性应变增加到0.1%时，190℃下的屈服轨迹形状大小明显超过了20℃下的。190℃时，没有得到DP590板材等效塑性应变2%下的屈服轨迹，是由于190℃时DP590板材的屈强比增加，变形区间减小，导致材料脆性增加，十字形试件拉伸过程中试件中心区域等效塑性应变在达到2%之前，十字臂已经发生了断裂。

通过Abaqus6.12软件对DP590板材进行双拉数值模拟，并与实验结果对比分析。结果表明：当载荷比值 为4:0、4:1、4:2、4:3和4:4时，基于Hill48屈服准则和Mises屈服准则模拟获得的沿DP590板材轧制方向上的仿真应力应变曲线几乎完全重合，并且均和实验应力应变曲线吻合的很好。当载荷比值 为0:4、1:4、2:4、3:4和4:4时，基于Hill48屈服准则和Mises屈服准则的数值模拟结果差异明显。在20℃、150℃时，基于Hill48和Mises屈服准则模拟获得的仿真屈服轨迹误差相差不大。在60℃、100℃时，基于Mises屈服准则模拟获得的仿真屈服轨迹比基于Hill48屈服准则模拟获得的屈服轨迹精度要高些。190℃时，基于Hill48屈服准则模拟获得的仿真屈服轨迹比基于Mises屈服准则模拟获得的屈服轨迹精度要高些。