热-力-相变耦合下BR1500HS高强度钢热成形数值模拟(9)
图2-13为实验材料在650℃试验温度下的恒温与变温条件下拉伸应力应变曲线。可以发现恒温拉伸变形抗力大于变温拉伸的变形抗力。
2. 变温拉伸实验
(a) 3min (b) 6min (c) 9min
图2-14 不同试验温度下的变温拉伸应力应变曲线
图2-14为实验材料在300~650℃之间的试验温度下的变温拉伸应力-应变曲线，可以发变温拉伸曲线不同于恒温拉伸，温度升高降低了高强度钢板的流变应力，使得材料变形抗力下降，因此属于加工硬化型曲线。
2.7.3 结果分析
金属的高温变形是一个热激活过程，变形抗力（σ）与变形温度（T）及变形速率（ ）和变形程度（ε）之间的关系可用井上方程表示：
式中：k—应变硬化指数，m—应变速率敏感系数，C—与应力有关的系数，β—与温度有关的系数， 。
实际应用上，只要已知C、K、β和m等常数，即可求出材料在任意变形条件下的流变应力值。该方程已经被广泛应用于挤压、轧制、压缩和扭转等常规的热加工变形的研究之中。
对式（3-1）两边取对数，得： （2-2）
将不同温度的应力应变曲线特殊点的应力应变对应值，如最大应力值对应的应变，以及应变分别为0.1，0.2，0.3，0.4等对应的应力值，分别以lnσ和ln 、lnσ与lnε、lnσ和1/T为坐标作图，用最小二乘法线性回归，对式（2-2）进行多元线性回归分析，得出m=0.06，k=0.20，β=985.2，C=412。即实验材料的高温本构方程为：
3 高强度钢板热成形数值模拟
3.1 前言
高强度钢板的热成形工艺较传统的冷成形工艺相比，最大的特点就是在板料与模具上都存在着一个不断变化的温度场。在这个温度场的影响作用之下，板料的机械性能和微观组织都会发生变化。反之，在成形过程中，板料与模具接触状态的变化、板料的组织结构变化又会反作用于这个温度场。高强度钢板的热成形工艺，正是这样一个板料内部温度场与变形场、微观组织结构同时共存，相互作用，强烈耦合的变化过程[41]。本节在热成形工艺的基础上，通过有限元模拟分析手段，以热拉伸模拟代替热冲压成形，重点分析热拉伸成形过程中冷却速率和成形终了温度对材料成形结果的影响，总结了其对坯料成形的影响规律，对该项工艺的实际应用具有指导意义。
3.2 零件模型建立
3.2.1 材料模型
本模拟过程拟采用热模拟成形中拉伸过程来代替热冲压成形，试样模型图如图3-1。
图3-1 热成形有限元模型
板料：尺寸如图3-1所示，厚度为2mm的变形体
夹头：40mm×10mm×10mm的刚体
材料为BR1500HS。由于在热成形模拟分析中需要利用材料在不同温度下的机械性能及参数，因此利用上节实验所得的高温性能数据，新建一种含有不同温度下的机械性能参数的材料模型并将其导入到有限元软件中，完成材料的定义。
将新材料属性赋予坯料，并根据需要可设置不用温度下的真实应力-应变曲线，还可以根据用户需要设置不用温度下的杨氏模量、泊松比、C曲线等参数，如图3-2，这可大大减小有限元分析的误差。
图3-2 材料属性的定义
3.2.2 网格划分
在对几何模型进行网格划分时（结构离散化），注意一下几点：
① 网格位置。在划分网格时候应充分考虑力学及温度特性，在应力变化平缓的区域可适当的减少网格，以节约时间；在应力变化剧烈的部位网格尽量密集。
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