【摘 要】
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随着汽车产业的飞速发展,带来了严重的能源紧缺和环境恶化等问题。因此,节能和环保是汽车工业转型发展的重要方向,而轻量化技术是有效的途径之一。新材料、新结构和新工艺等轻量化技术推动了汽车轻量化的快速发展。铝合金材料具有密度小,强度高,耐腐蚀性,良好的加工性和可回收性的特征,被称为最具潜力的轻量化材料。经过挤压成型加工制造的铝管结构,有着出色的轻量化效果和机械特性,为汽车薄壁结构件的设计带来了新的思路。
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随着汽车产业的飞速发展,带来了严重的能源紧缺和环境恶化等问题。因此,节能和环保是汽车工业转型发展的重要方向,而轻量化技术是有效的途径之一。新材料、新结构和新工艺等轻量化技术推动了汽车轻量化的快速发展。铝合金材料具有密度小,强度高,耐腐蚀性,良好的加工性和可回收性的特征,被称为最具潜力的轻量化材料。经过挤压成型加工制造的铝管结构,有着出色的轻量化效果和机械特性,为汽车薄壁结构件的设计带来了新的思路。挤压铝型材作为一种薄壁结构件,在汽车发生碰撞情况下,材料会产生断裂失效行为。因此,为了深入研究挤压铝型材的断裂失效问题,本文围绕其本构模型的构建方法开展了一系列的研究,主要内容如下:(1)由于经过挤压成型,会使材料产生各向异性,即在不同方向上表现出不同的力学特性。因此,以AA6063挤压铝管为研究对象,建立了准静态下不同方向(0°、45°、90°)上的单向拉伸试验,结合DIC技术对其塑性行为的各向异性进行了分析,得到各方向上的应力-应变曲线以及对应的各向异性参数值,结果表明该铝材有着比较明显的各向异性,进而确定Barlat89各向异性屈服准则的材料参数。(2)建立挤压铝管材料在多应力状态下的材料试验方法,包括单向拉伸试验、等双轴拉伸、平面应变拉伸、剪切试验。对各试验下的试件进行了详细分析,设计确定了相关试件的形状尺寸,并对相应的试验平台进行了改进搭建。通过使用DIC技术对试件的变形过程进行分析,获得试件在不同应力状态下的断裂失效应变,进而确定DIEM断裂模型所需的材料参数。(3)通过挤压铝管的轴向压溃试验,分析其在压缩过程中的失效变形模式,压溃力变化以及吸能等耐撞性指标。同时建立了精准的轴向压溃有限元模型,基于试验获得的材料参数,分别使用Barlat89屈服准则、DIEM断裂模型与Mises屈服准则,对试验的力学响应进行了仿真对比研究。将模拟获得的结果与试验得到的结果比较分析,结果表明使用Barlat89屈服准则和DIEM断裂模型能够很好地预测试验中的载荷响应和失效变形模式,验证了试验参数和建立的模型的准确性。
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