1.一种优化的断裂准则预测差厚板断裂的方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:获取差厚板在塑性成形过程中的受力状态,根据所述受力状态建立所述差厚板的损伤断裂准则;
步骤2:获取所述差厚板在所述塑性成形过程中的非线性损伤断裂参数以及损伤变量与真实应变之间的非线性关系,根据所述非线性损伤断裂参数和所述非线性关系对所述损伤断裂准则进行优化,得到优化断裂准则;
步骤3:根据所述优化断裂准则对所述差厚板在所述塑性成形过程中的断裂行为进行极限预测,得到预测结果;
在所述步骤2中,获取所述非线性损伤断裂参数以及所述损伤变量与所述真实应变之间的所述非线性关系的具体步骤包括:步骤21:选取所述差厚板对应的拉伸试样,按照预设的厚度阈值,将所述拉伸试样的厚度区域分为第一等厚区、过渡区和第二等厚区,对所述拉伸试样的所述第一等厚区和所述第二等厚区进行单向拉伸实验,得到拉伸实验结果;
步骤22:对所述拉伸实验结果进行分析,得到所述差厚板的材料属性;所述材料属性包括固有材料参数以及拉伸应力与拉伸应变之间的本构方程;
其中,所述固有材料参数包括杨氏模量、屈服强度、抗拉强度、硬化指数、强化系数、断裂伸长率和屈强比;
步骤23:选取所述差厚板对应的加卸载试样,将所述单向拉伸实验中单向拉伸长度的最大值作为所述加卸载试样的目标最大拉伸长度,并将所述目标最大拉伸长度平均分割成n等份,得到所述加卸载试样的n个加卸载拉伸长度;
步骤24:按照加卸载拉伸长度逐一递增的拉伸方法,对所述加卸载试样进行反复加卸载实验,直至所述加卸载试样断裂为止,得到所述加卸载试样在n个塑性应变下一一对应的弹性模量;其中,所述加卸载试样在每个加卸载拉伸长度下均对应一个塑性应变;
步骤25:选取任一个塑性应变下的弹性模量,根据与选取的一个塑性应变相邻的两个塑性应变所一一对应的两个弹性模量,以及选取的一个塑性应变所对应的弹性模量,计算得到所述加卸载试样在选取的一个塑性应变下的损伤值;
计算所述加卸载试样在第i个塑性应变下的损伤值的具体公式为:
其中,Di为所述加卸载试样在第i个塑性应变下的损伤值,Ei‑1为所述加卸载试样在第i‑
1个塑性应变下的弹性模量,Ei为所述加卸载试样在第i个塑性应变下的弹性模量,Ei+1为所述加卸载试样在第i+1个塑性应变下的弹性模量, 为所述加卸载试样在第i个塑性应变下的弹性模量数学平均值,E0为初始弹性模量,i为正整数;
步骤26:遍历所有塑性应变下的所有弹性模量,得到所述加卸载试样在每个塑性应变下一一对应的损伤值;并根据所述加卸载试样在所有塑性应变下的所有弹性模量和所有损伤值,得到所述损伤变量与所述真实应变之间的非线性关系;
步骤27:基于有限元分析方法,根据所述材料属性和所述反复加卸载实验中的边界参数建立反复加卸载实验模型,对所述反复加卸载实验模型进行有限元模拟实验,得到加卸载模拟结果,对所述加卸载模拟结果进行处理,得到所述非线性损伤断裂参数;
其中,所述边界参数包括所述目标最大拉伸长度、加卸载拉伸长度和加载力;所述非线性损伤断裂参数包括损伤临界值、断裂应变和初始损伤应变值;
在所述步骤2中,得到所述优化断裂准则的具体步骤包括:
步骤28:利用所述非线性损伤断裂参数对所述损伤变量与所述真实应变之间的所述非线性关系进行非线性拟合,得到所述损伤变量与所述真实应变之间的非线性函数;
步骤29:根据所述非线性函数对所述损伤断裂准则进行优化,得到所述优化断裂准则;
所述优化断裂准则的具体公式为;
其中,f(ε)为所述非线性函数,Dc′u为所述差厚板的优化损伤值变化量,ν为泊松比,σm为静水应力,为Mises等效应力,M为所述差厚板的硬化指数,p为塑性应变,pcu为塑性应变累积增量。
2.根据权利要求1所述的优化的断裂准则预测差厚板断裂的方法,其特征在于,在所述步骤1中,建立所述损伤断裂准则的具体步骤包括:步骤11:从所述受力状态中获取所述差厚板的损伤单元的原始截面积和所述损伤单元在损伤状态下的有效承载面积,并根据所述损伤单元的所述原始截面积和所述有效承载面积定义所述差厚板的损伤变量;
所述损伤变量为:
其中,D为所述损伤变量,S为所述损伤单元的所述原始截面积, 为所述损伤单元的所述有效承载面积,当D=0时,所述差厚板处于无损伤状态,当D=DC时,所述差厚板处于完全断裂状态,DC为所述差厚板完全断裂时的损伤临界值,当0<D<DC时,所述差厚板处于损伤状态;
步骤12:获取所述损伤单元在所述有效承载面积上的作用力,根据所述作用力和所述有效承载面积定义所述损伤单元的有效应力;
所述有效应力为:
其中, 为所述损伤单元的所述有效应力,F为所述损伤单元在所述有效承载面积上的所述作用力, 为Mises等效应力;
步骤13:利用损伤力学的原理,根据所述有效应力,得到所述损伤单元的损伤等效应力;
所述损伤等效应力为:
*
其中,σ为所述损伤等效应力,ν为泊松比,σm为静水应力;
步骤14:引入所述损伤等效应力,利用热力学的原理,计算得到所述损伤断裂准则;
所述损伤断裂准则的具体公式为:
其中,Dcu为所述差厚板的损伤值变化量,εc为断裂应变,ε0为初始损伤应变值,M为所述差厚板的硬化指数,p为塑性应变,pcu为塑性应变累积增量。
3.根据权利要求1或2所述的优化的断裂准则预测差厚板断裂的方法,其特征在于,在所述步骤3之后还包括以下步骤:步骤4:对所述优化断裂准则进行验证,若验证通过,则完成所述断裂行为的极限预测,若验证不通过,则返回所述步骤21。
4.根据权利要求3所述的优化的断裂准则预测差厚板断裂的方法,其特征在于,所述步骤4的具体步骤包括:步骤41:选取所述差厚板对应的杯突实验试样,对所述杯突实验试样进行杯突实验,得到杯突实验结果;
步骤42:基于所述有限元分析方法,根据所述优化断裂准则分别建立单向拉伸实验模型和杯突实验模型,对所述单向拉伸实验模型进行有限元模拟实验,得到拉伸模拟结果,对所述杯突实验模型进行有限元模拟实验,得到杯突模拟结果;
步骤43:将所述拉伸模拟结果与所述拉伸实验结果进行对比,得到第一对比结果,将所述杯突模拟结果和所述杯突实验结果进行对比,得到第二对比结果,根据所述第一对比结果和/或第二对比结果对所述预测结果进行验证,若验证通过,则完成所述断裂行为的极限预测,若验证不通过,则返回所述步骤21。
5.一种优化的断裂准则预测差厚板断裂的装置,其特征在于,包括断裂准则获取模块、断裂准则优化模块和断裂行为预测模块:所述断裂准则构建模块,用于获取差厚板在塑性成形过程中的受力状态,根据所述受力状态建立所述差厚板的损伤断裂准则;
所述断裂准则优化模块,用于获取所述差厚板在所述塑性成形过程中的非线性损伤断裂参数以及损伤变量与真实应变之间的非线性关系,根据所述非线性损伤断裂参数和所述非线性关系对所述损伤断裂准则进行优化,得到优化断裂准则;
所述断裂行为预测模块,用于根据所述优化断裂准则对所述差厚板在所述塑性成形过程中的断裂行为进行极限预测,得到预测结果;
所述断裂准则优化模块具体用于:
选取所述差厚板对应的拉伸试样,按照预设的厚度阈值,将所述拉伸试样的厚度区域分为第一等厚区、过渡区和第二等厚区,对所述拉伸试样的所述第一等厚区和所述第二等厚区进行单向拉伸实验,得到拉伸实验结果;
对所述拉伸实验结果进行分析,得到所述差厚板的材料属性;所述材料属性包括固有材料参数以及拉伸应力与拉伸应变之间的本构方程;
其中,所述固有材料参数包括杨氏模量、屈服强度、抗拉强度、硬化指数、强化系数、断裂伸长率和屈强比;
选取所述差厚板对应的加卸载试样,将所述单向拉伸实验中单向拉伸长度的最大值作为所述加卸载试样的目标最大拉伸长度,并将所述目标最大拉伸长度平均分割成n等份,得到所述加卸载试样的n个加卸载拉伸长度;
按照加卸载拉伸长度逐一递增的拉伸方法,对所述加卸载试样进行反复加卸载实验,直至所述加卸载试样断裂为止,得到所述加卸载试样在n个塑性应变下一一对应的弹性模量;其中,所述加卸载试样在每个加卸载拉伸长度下均对应一个塑性应变;
选取任一个塑性应变下的弹性模量,根据与选取的一个塑性应变相邻的两个塑性应变所一一对应的两个弹性模量,以及选取的一个塑性应变所对应的弹性模量,计算得到所述加卸载试样在选取的一个塑性应变下的损伤值;
计算所述加卸载试样在第i个塑性应变下的损伤值的具体公式为:
其中,Di为所述加卸载试样在第i个塑性应变下的损伤值,Ei‑1为所述加卸载试样在第i‑
1个塑性应变下的弹性模量,Ei为所述加卸载试样在第i个塑性应变下的弹性模量,Ei+1为所述加卸载试样在第i+1个塑性应变下的弹性模量, 为所述加卸载试样在第i个塑性应变下的弹性模量数学平均值,E0为初始弹性模量,i为正整数;
遍历所有塑性应变下的所有弹性模量,得到所述加卸载试样在每个塑性应变下一一对应的损伤值;并根据所述加卸载试样在所有塑性应变下的所有弹性模量和所有损伤值,得到所述损伤变量与所述真实应变之间的非线性关系;
基于有限元分析方法,根据所述材料属性和所述反复加卸载实验中的边界参数建立反复加卸载实验模型,对所述反复加卸载实验模型进行有限元模拟实验,得到加卸载模拟结果,对所述加卸载模拟结果进行处理,得到所述非线性损伤断裂参数;
其中,所述边界参数包括所述目标最大拉伸长度、加卸载拉伸长度和加载力;所述非线性损伤断裂参数包括损伤临界值、断裂应变和初始损伤应变值;
所述断裂准则优化模块还具体用于:
利用所述非线性损伤断裂参数对所述损伤变量与所述真实应变之间的所述非线性关系进行非线性拟合,得到所述损伤变量与所述真实应变之间的非线性函数;
根据所述非线性函数对所述损伤断裂准则进行优化,得到所述优化断裂准则;
所述优化断裂准则的具体公式为;
其中,f(ε)为所述非线性函数,D′cu为所述差厚板的优化损伤值变化量,ν为泊松比,σm为静水应力,为Mises等效应力,M为所述差厚板的硬化指数,p为塑性应变,pcu为塑性应变累积增量。
6.根据权利要求5所述的优化的断裂准则预测差厚板断裂的装置,其特征在于,所述断裂准则构建模块具体用于:从所述受力状态中获取所述差厚板的损伤单元的原始截面积和所述损伤单元在损伤状态下的有效承载面积,并根据所述损伤单元的所述原始截面积和所述有效承载面积定义所述差厚板的损伤变量;
所述损伤变量为:
其中,D为所述损伤变量,S为所述损伤单元的所述原始截面积,为所述损伤单元的所述有效承载面积,当D=0时,所述差厚板处于无损伤状态,当D=DC时,所述差厚板处于完全断裂状态,DC为所述差厚板完全断裂时的损伤临界值,当0<D<DC时,所述差厚板处于损伤状态;
获取所述损伤单元在所述有效承载面积上的作用力,根据所述作用力和所述有效承载面积定义所述损伤单元的有效应力;
所述有效应力为:
其中, 为所述损伤单元的所述有效应力,F为所述损伤单元在所述有效承载面积上的所述作用力, 为Mises等效应力;
利用损伤力学的原理,根据所述有效应力,得到所述损伤单元的损伤等效应力;
所述损伤等效应力为:
*
其中,σ为所述损伤等效应力,ν为泊松比,σm为静水应力;
引入所述损伤等效应力,利用热力学的原理,计算得到所述损伤断裂准则;
所述损伤断裂准则的具体公式为:
其中,Dcu为所述差厚板的损伤值变化量,εc为断裂应变,ε0为初始损伤应变值,M为所述差厚板的硬化指数,p为塑性应变,pcu为塑性应变累积增量。
7.一种优化的断裂准则预测差厚板断裂的装置,其特征在于,包括处理器、存储器和存储在所述存储器中且可运行在所述处理器上的计算机程序,所述计算机程序运行时实现如权利要求1至4任一项权利要求所述的方法步骤。
8.一种优化的断裂准则预测差厚板断裂的系统,其特征在于,包括用于进行单向拉伸实验的单向拉伸实验装置、用于进行反复加卸载实验的反复加卸载实验装置以及如权利要求7所述的优化的断裂准则预测差厚板断裂的装置,所述单向拉伸实验装置和所述反复加卸载实验装置均分别与所述优化的断裂准则预测差厚板断裂的装置电连接。