题目：基于局部厚度变化的板材成形极限研究

成形极限是板材塑性成形的一个十分重要的性能指标和工艺参数，它反映了板材在成形过程中发生破裂前所能取得的最大变形程度。对成形极限的研究，目前应用最广的首推成形极限图。由于实验成形极限图工作量大，成本高，随着有限元技术的不断发展，人们更希望通过数值模拟快速方便地获得成形极限图。在板材成形极限模拟中，失稳判据的选取是有限元计算结果准确与否的关键之一。集中性失稳又称厚度失稳，厚度的明显减薄是板材发生失稳的最直观表现。因而厚度本身及与厚度变化有关的参数，如厚度减薄率、厚度梯度理论上都可以作为成形极限的失稳判据。本文采用实验与数值模拟相结合的方法，系统地研究了板材成形过程中厚度、厚度减薄率和厚度梯度的变化规律，探索它们在板材失稳中所起的作用，建立有效的断裂判据，对于从厚度参数出发进行成形极限预测具有十分重要的意义。本文首先从实验入手，除了完成板材成形基本实验以外，设计了变应变状态拉伸试件，获得了不同应变状态且易于测量的厚度样本。提出了新的颈缩区厚度测量方法，通过“切割－镶嵌－测量”的过程，实现了在规定测量方向、规定测量间距的、位置精度和厚度数值精度均可达0.01mm的厚度测量。深入研究了颈缩区及其附近的厚度和厚度梯度变化情况，提出了基于厚度变化的集中性失稳区和分散性失稳区的划分方法，分析了材料种类、轧制方向和应变状态对厚度变化特征值的影响，归纳了集中性失稳与应变状态的数学关系，提出了梯度与厚度相结合的分析方法，在此基础上提出了基于厚度变化的成形极限判据。建立了胀形实验的有限元计算模型，基于Hill’48屈服准则建立了钢材St14的弹塑性本构方程，确定了以BT壳单元描述板材和模具的几何形状。合理地定义了摩擦、载荷边界条件和位移边界条件等参数。最后，在数值模拟中应用不同形式和参数组合的厚度减薄率判据进行成形极限图预测，并与实验结果进行了比较。结果表明，失稳减薄率的预测结果比破裂减薄率更为可信，单一应变状态的减薄率不适于整个FLD区域的成形极限预测，考虑了应变状态变化的集中失稳减薄率判据的预测结果与实验曲线最为贴近。