铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法与流程

1.本发明涉及铝合金在高温下的断裂成型确定技术领域，尤其是指一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法。


背景技术：

2.汽车轻量化已经逐渐成为汽车行业发展的趋势汽车。高强铝合金因为其密度低、强度高、抗腐蚀性好以及可循环利用等优点，在汽车轻量化产业中有着较为广泛的应用，但是铝合金在应用过程中也存在着较多问题，在室温成形时，由于铝合金在室温状态下塑性较差，流动性较差，成形性能低，容易产生回弹、破裂、起皱等失效形式。为了改善板料的成形性能，多采用hfq技术，即热成形-淬火一体化技术，将热处理和热成形相结合，提高了生产效率，提高了构件精度和表面质量。但是，板料在高温成形过程中，容易发生起皱和拉裂等失效形式，另外，在使用过程中，在外部载荷的作用下，零部件易发生严重变形甚至断裂失效，这些都将严重影响零部件的应用。准确的本构模型可以描述材料初始变形的发生，初始屈服的出现以及后继屈服的实现，准确的断裂准则在判断板料成形断裂上也具有十分重要的作用，所以必须将材料的各向异性和断裂准则相结合，建立合适的高温材料模型才能准确反映材料在高温下的变形和断裂现象。数字图像相关法(dic)是一种非接触式现代光学测量实验技术，具有测量范围广和高精度等优点，dic技术可以通过设置虚拟引伸计测量宏观应变，也可以测量整个试样各个位置的应变值。通过dic技术替代引伸计可以测量试样在拉伸过程中的实时应变分布，为研究样品的变形行为以及失效断裂行为提供了途径。
3.现有技术专利号为cn201910158426.2的发明专利公开了一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立方法及系统，涉及板材成形极限确定技术领域，通过单向拉伸试验、平面应变试验和双向等拉试验三种应力状态稳定的试验组合方案来获取包括断裂起始应变和断裂结束应变的断裂准则相关力学变量；然后依据此力学变量和lou-huh韧性断裂准则确定两组断裂参数；最后根据两组断裂参数计算成形极限曲线,绘制具有破裂区、危险区以及安全区的断裂成形极限图。现有技术专利号为cn201910158415.4的发明专利公开了一种确定高强铝合金板材成形极限的方法，通过对单向拉伸试样、剪切缺口试样、圆弧缺口试样和三角缺口试样进行拉伸试验,获得试样的拉力位移曲线、弹性模量和幂函数硬化模型参数，采用有限元软件对每个高强铝合金板材试样的拉伸过程进行仿真，根据每个高强铝合金板材试样的拉力位移曲线和仿真结果,确定每个高强铝合金板材试样的应力三轴度变化数据和lode参数变化数据；采用lou-huh韧性断裂准则解析表达式求解,得到多组断裂参数值；根据预测误差小于设定阈值的多组断裂参数值,采用主应变空间函数在主应变空间内计算得到每组断裂参数值对应的成形极限曲线,多条成形极限曲线构成高强铝合金板材的成形极限图。
4.上述现有技术主要描述的是常温下铝合金的断裂成形极限，常温下各种断裂准则的研究已经有了充分的研究，然而适用于热成形工艺的铝合金高温断裂准则研究却甚少，无法判断材料在高温下的断裂行为；常规的传统拉伸实验只能测量试样的平均应变，无法
测量拉伸断裂过程中瞬间的应力应变分布；而且通常情况下只采用某个断裂准则去描述断裂行为，其结果可靠性不高。


技术实现要素：

5.为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中存在的技术缺陷，而提出一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法，其将yld2000-3d屈服准则、swift-voce硬化模型和df2014韧性断裂模型相结合，不仅能够准确得到铝合金塑性阶段的应力应变曲线，更好地预测其流变行为，还准确地预测了铝合金的高温断裂行为，使结果更加准确。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法，包括：
7.步骤一：制备三种各向异性试样，对三种各向异性试样进行各向异性实验，得到三种各向异性试样的各向异性系数，其中，三种各向异性试样包括单轴拉伸试样、平面应变试样和压缩试样；
8.步骤二：基于三种各向异性试样的各向异性系数确定yid2000-3d的屈服准则参数；
9.步骤三：选取步骤一中获得的单轴拉伸试样的应力-应变曲线中的塑性应力-应变部分，根据swift-voce硬化模型预测单轴拉伸试样颈缩后的硬化曲线；
10.步骤四：制备三种断裂试样，包括两端缺口试样、中心圆孔试样和剪切试样，对三种断裂试样进行拉伸实验,得到三种断裂试样的位移-载荷曲线；
11.步骤五：通过dic方法得到两端缺口试样表面沿着y方向的第一应变值，根据所述第一应变值和基于步骤三中硬化曲线得到的第二应变值，确定所述swift-voce硬化模型的参数；
12.步骤六：基于yid2000-3d的屈服准则参数、swift-voce硬化模型的参数和材料常数进行仿真模拟，将df2014韧性断裂模型用于模拟三种断裂试样的拉伸过程，得到三种断裂试样的位移-载荷曲线；
13.步骤七：将步骤六得到的三种断裂试样的位移-载荷曲线与步骤四得到的三种断裂试样的位移-载荷曲线进行拟合，确定所述df2014韧性断裂模型的断裂参数；
14.步骤八：根据所述df2014韧性断裂模型的断裂参数，得到df2014韧性断裂准则的三维断裂面以及二维断裂轨迹。
15.在本发明的一个实施例中，在步骤一中，制备三种各向异性试样，包括：
16.制备三种各向异性试样，分别为单轴拉伸试样、平面应变试样和压缩试样，在单轴拉伸试样和平面应变试样表面均匀喷涂一层黑色哑光底漆，再将白漆喷于黑色哑光底漆之上，形成不规则的散斑图形。
17.在本发明的一个实施例中，在步骤一中，对三种各向异性试样进行各向异性实验，包括：
18.将单轴拉伸试样以及平面应变试样在高温热模拟试验机上进行单向拉伸实验，将压缩试样进行压缩实验，对单向拉伸实验过程进行全程拍摄，基于拍摄得到的图像，获得单轴拉伸试样和平面应变试样的应力应变曲线；
19.基于三个不同方向的单轴拉伸试样的应力应变曲线，获得单轴拉伸试样的三个各向异性值和三个归一化应力，以及基于所述平面应变试样中心区域的应力应变曲线获得平面应变试样的归一化应力，以及基于所述压缩试样的压缩实验得到压缩试样的各向异性值。
20.在本发明的一个实施例中，在步骤二中，基于三种各向异性试样的各向异性系数确定yid2000-3d的屈服准则参数，包括：
21.将单轴拉伸试样的三个各向异性值和三个归一化应力、平面应变试样的归一化应力和压缩试样的各向异性值用于求解yld2000-3d的屈服准则参数，建立最小误差函数：
[0022][0023]
其中θ＝0
°
、45
°
、90
°
，和分别是应力比和r值项的加权因子。y
ref
为参考屈服应力，参考各向异性值，为单轴拉伸实验得到的归一化应力值、为平面应变实验得到的归一化应力值，r
θ
为单轴拉伸实验得到的各向异性值、rb为压缩实验得到的各向异性值；
[0024]
基于所述最小误差函数，得到基于屈服应力和各向异性系数标定的yld2000-3d的屈服准则参数。
[0025]
在本发明的一个实施例中，在步骤三中，根据swift-voce硬化模型预测单轴拉伸试样颈缩后的硬化曲线，包括：
[0026]
所述swift-voce硬化模型公式为：
[0027][0028]
其中，w为加权因子，ks、n、ε0为swift模型参数，kv、qv、βv为voce模型参数，ε
p
为等效塑性应变。
[0029]
在本发明的一个实施例中，在步骤五中，根据所述第一应变值和基于步骤三中硬化曲线得到的第二应变值，确定所述swift-voce硬化模型的参数，包括：
[0030]
将swift-voce硬化模型预测得到的单轴拉伸试样颈缩后的硬化曲线输入到有限元模拟中，输出各点对应的第二应变值，将第一应变值与第二应变值进行拟合，确定所述swift-voce硬化模型的参数。
[0031]
在本发明的一个实施例中，在步骤七中，确定所述df2014韧性断裂模型的断裂参数，包括：
[0032]
通过模拟三种断裂试样的拉伸过程，获得平均应力三轴度、平均罗德参数以及断裂的等效塑性应变，根据df2014韧性断裂模型公式求解所述df2014韧性断裂模型的断裂参数。
[0033]
在本发明的一个实施例中，所述df2014韧性断裂模型公式为：
[0034][0035]
[0036]
其中，c1、c2、c3为待求解的断裂参数，η为应力三轴度，l为罗德参数，为断裂的等效塑性应变，为等效应力，为损伤参数，当损伤参数为1时，判断断裂发生，取c＝1/3。
[0037]
此外，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述所述方法的步骤。
[0038]
还有，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述所述方法的步骤。
[0039]
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0040]
1.本发明所述的一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法，其将yld2000-3d屈服准则、swift-voce硬化模型和df2014韧性断裂模型相结合，不仅能够准确得到铝合金塑性阶段的应力应变曲线，更好地预测其流变行为，还准确地预测了铝合金的高温断裂行为；且将数值模拟与数字图像相关法(dic)相结合，使结果更加准确；
[0041]
2.本发明所述的一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法，其采取数字图像相关法(dic)技术获取应变，可以获得试样在拉伸断裂过程中瞬时以及各点对应的应变信息，有效解决了常规拉伸实验中无法测量断裂过程中瞬时的应力应变分布的问题，为研究分析材料变形行为以及失效断裂机理提供了良好的途径。
附图说明
[0042]
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
[0043]
图1是本发明提出的一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法的流程示意图。
[0044]
图2是本发明室温下两端缺口试样模拟与实验得到的位移-载荷曲线对比图。
[0045]
图3是本发明室温下中心圆孔试样模拟与实验得到的位移-载荷曲线对比图。
[0046]
图4是本发明室温下剪切试样模拟与实验得到的位移-载荷曲线对比图。
[0047]
图5是本发明300℃下两端缺口试样模拟与实验得到的位移-载荷曲线对比图。
[0048]
图6是本发明300℃下中心圆孔试样模拟与实验得到的位移-载荷曲线对比图。
[0049]
图7是本发明300℃下剪切试样模拟与实验得到的位移-载荷曲线对比图。
具体实施方式
[0050]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0051]
参照图1所示，本发明实施例提供一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法，包括以下步骤：
[0052]
步骤一：制备三种各向异性试样，对三种各向异性试样进行各向异性实验，得到三种各向异性试样的各向异性系数，其中，三种各向异性试样包括单轴拉伸试样、平面应变试样和压缩试样；
[0053]
步骤二：基于三种各向异性试样的各向异性系数确定yid2000-3d的屈服准则参
数；
[0054]
步骤三：选取步骤一中获得的单轴拉伸试样的应力-应变曲线中的塑性应力-应变部分，根据swift-voce硬化模型预测单轴拉伸试样颈缩后的硬化曲线；
[0055]
步骤四：制备三种断裂试样，包括两端缺口试样、中心圆孔试样和剪切试样，对三种断裂试样进行拉伸实验,得到三种断裂试样的位移-载荷曲线；
[0056]
步骤五：通过dic方法得到两端缺口试样表面沿着y方向的第一应变值，根据所述第一应变值和基于步骤三中硬化曲线得到的第二应变值，确定所述swift-voce硬化模型的参数；
[0057]
步骤六：基于yid2000-3d的屈服准则参数、swift-voce硬化模型的参数和材料常数进行仿真模拟，将df2014韧性断裂模型用于模拟三种断裂试样的拉伸过程，得到三种断裂试样的位移-载荷曲线；
[0058]
步骤七：将步骤六得到的三种断裂试样的位移-载荷曲线与步骤四得到的三种断裂试样的位移-载荷曲线进行拟合，确定所述df2014韧性断裂模型的断裂参数；
[0059]
步骤八：根据所述df2014韧性断裂模型的断裂参数，得到df2014韧性断裂准则的三维断裂面以及二维断裂轨迹。
[0060]
其中，步骤一具体包括以下内容：
[0061]
(1)制备三种各向异性试样，分别为单轴拉伸试样(沿着轧制方向、对角方向、横向方向)、平面应变试样(沿着轧制方向)和压缩试样，在单轴拉伸试样和平面应变试样表面先均匀喷上一层黑色哑光底漆，再将白漆喷于黑色底漆之上，形成不规则的散斑图形。
[0062]
(2)将单轴拉伸试样以及平面应变试样在高温热模拟试验机上进行单向拉伸实验，将压缩试样进行压缩实验，在单向拉伸实验中，对拉伸过程进行全程拍摄，dic后处理软件选择gom-correlate软件，将拉伸过程的图像输入到gom-correlate软件中，在gom-correlate软件中进行曲面成分的构建，在试样的中部设置虚拟引伸计，计算位移随时间变化的曲线，并以时间为坐标轴将实验得到的载荷信息和软件得到的位移信息进行同步化。
[0063]
(3)通过三个不同方向的单轴拉伸试样的真实应力应变曲线，可以得到单轴拉伸试样的三个各向异性值r0、r
45
、r
90
以及三个归一化应力σ0、σ
45
、σ
90
。由于平面应变的形状，使得试样的中心区域在拉伸过程中达到平面应变状态，通过平面应变试样中心区域的真实应力应变曲线，可以得到平面应变试样的归一化应力σb。通过圆盘压缩实验可得到压缩试样的各向异性值rb。各向异性r值表示宽度和厚度方向塑性应变的比值，即r＝εb/εt，宽度和长度方向的应变值可以直接由散斑实验得到，厚度方向的应变可以按照塑性变形体积不变的条件求得，长度和宽度方向的塑性应变分别通过dic在试样表面设置15mm和5mm的虚拟引伸计获得。通过单轴拉伸试样可以得到三个各向异性值r0、r45、r90，圆盘试样压缩实验选取沿着轧制方向和横向方向的试样进行压缩实验，实验结束后，计算沿着轧制方向和横向方向两个方向之间的应变比，即rb＝ε90/ε0。归一化应力来评估流动应力的各向异性，通过单轴拉伸试样的真实应力应变曲线得到应力-塑性功曲线，所谓的归一化应力就是有相同塑性功能的45
°
方向应力、90
°
方向应力与0
°
方向应力的比值，即σ^45＝σ45/σ0，σ^90＝σ90/σ0，平面应变试样中心区域的应力应变曲线按照与单轴拉伸试样相同的处理方法，可得到归一化应力σb。
[0064]
其中，步骤二具体包括以下内容：
[0065]
yld2000-3d屈服准则函数：
[0066][0067][0068][0069]
其中，指数m与材料晶体结构相关，铝合金是fcc结构，取m＝8，为参考屈服应力，s
′
和s
″
为偏应力张量线性转换后得到的应力张量，si′
和si"(i＝xx；xy；xz；yz；yy)为转换后应力张量s
′
和s
″
的主值，偏应力张量的线性转换公式为：
[0070]s′
＝{s
′
xx
,s
′
yy
,s
′
xy
,s
′
xz
,s
′
yz
}＝
‘
l
′
σ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0071]s″
＝{s
″
xx
,s
″
yy
,s
″
xy
,s
″
xz
,s
″
yz
}＝
‘
l
″
σ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0072][0073][0074]
其中σ为柯西应力，l
′
、l"为线性转换矩阵，α1～α
12
为12个yid2000-3d的屈服准则参数。可以通过yld2000-3d的的12个yid2000-3d的屈服准则参数来描述5个不同拉伸温度下的7075铝合金板材的各向异性，一把取α9＝α
10
＝α
11
＝α
12
＝1。
[0075]
将8个各向异性系数用于求解各向异性屈服准则参数，并建立了最小误差函数：
[0076][0077]
其中θ＝0
°
、45
°
、90
°
，和分别是应力比和r值项的加权因子。y
ref
为参考屈服应力，参考各向异性值，为单轴拉伸实验得到的归一化应力值、为平面应变实验得到的归一化应力值，r
θ
为单轴拉伸实验得到的各向异性值、rb为压缩实验得到的各向异性值。
[0078]
基于上述公式，得到基于屈服应力和各向异性系数标定的yld2000-3d的屈服准则参数。
[0079]
其中，步骤三具体包括以下内容：
[0080]
选取步骤一中获得的单轴拉伸试样的应力-应变曲线中的塑性应力-应变部分，根据swift-voce硬化模型预测单轴拉伸试样颈缩后的硬化曲线：
[0081]
voce硬化模型，可以有效预测从室温到400℃之间任意温度下7075铝合金的塑性应力-应变曲线，将本构模型输入到有限元软件可以有效提高材料塑性变形阶段仿真的准确性。
[0097]
3、本发明将本构模型和df2014韧性断裂模型相结合，不仅能够准确得到铝合金塑性阶段的应力应变曲线，更好地预测其流变行为，还准确地预测了铝合金的高温断裂行为；使结果更加准确。
[0098]
下面通过举例的方式对本发明提出的一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法进行详细的阐述。
[0099]
实验所选用的材料是厚度为2mm的7075-t6态铝合金板材。板材拉伸实验在高温热模拟试验机上进行，本发明采用数字图像相关法(dic)方法，需要记录整个拉伸变形过程中试样的平面图像，在试验开始前，需要在试样表面先均匀喷上一层黑色哑光底漆，再将白漆喷于黑色底漆之上，形成不规则的散斑图形，对各向异性和断裂试样进行拉伸实验，试验结束后，dic后处理软件选择gom-correlate软件，将拉伸过程的图像输入到软件中，在gom-correlate软件中进行曲面成分的构建，在试样的中部设置虚拟引伸计，计算位移随时间变化的曲线，并以时间为坐标轴将实验得到的载荷信息和软件得到的位移信息进行同步化。
[0100]
(一)各向异性实验
[0101]
为了描述不同拉伸温度下铝合金板材的各向异性，采取了加工不同轧制方向和不同几何形状试样的方法：(a)单轴拉伸试样(沿着轧制方向、对角方向、横向方向)；(b)平面应变试样(沿着轧制方向)；(c)压缩试样。
[0102]
(二)断裂实验
[0103]
在t6板材上切割沿着轧制方向的断裂试样，试样包括两端缺口试样、中心圆孔试样和剪切试样，分别进行拉伸实验。
[0104]
实施例1
[0105]
1)在室温下对单轴拉伸试样和平面应变试样进行拉伸实验，采用dic方法，同步记录整个实验试样表面的应变演变过程，观察其各向异性特性，得到工程应力-应变曲线，再根据一定的换算关系得到真实应力-应变曲线。
[0106]
各向异性r值表示宽度和厚度方向塑性应变的比值，即r＝εb/ε
t
宽度和长度方向的应变值可以直接由散斑实验得到，厚度方向的应变可以按照塑性变形体积不变的条件求得，长度和宽度方向的塑性应变分别通过dic在试样表面设置15mm和5mm的虚拟引伸计获得。通过单轴拉伸试样可以得到三个各向异性值r0、r
45
、r
90
，圆盘压缩实验选取沿着轧制方向和横向方向的试样进行室温压缩实验，实验结束后，计算沿着轧制方向和横向方向两个方向之间的应变比，即rb＝ε
90
/ε0。归一化应力来评估流动应力的各向异性，即σ^
45
＝σ
45
/σ0，σ^
90
＝σ
90
/σ0，通过单轴拉伸试样可以得到归一化应力σ0、σ
45
、σ
90
，通过平面应变试样中心区域的真实应力应变曲线，可以得到归一化应力σb,将这八个各向异性系数带入yld2000-3d屈服准则中，利用matlab即可得到yid2000-3d的8个屈服准则参数。
[0107]
选取单轴拉伸实验获得的真实应力-应变曲线中的塑性应力-应变部分，根据swift-voce硬化模型公式，可以准确预测颈缩之后的整段硬化曲线。对两端缺口试样进行喷射散斑，通过dic方法得到两端缺口试样表面沿着y方向的第一应变值，具体是在试样表面y轴方向上保持相同距离均匀取点，输出各点对应的第一应变值le22。将swift-voce硬化模型预测得到的硬化曲线输入到有限元模拟中，以同样方式在y轴方向等间距取点输出各
点对应的第二应变值le22，并将第二应变值与第一应变值进行拟合，加入加权因子的swift-voce硬化模型预测得到的第二应变值和实验得到的第一应变值吻合较好。
[0108]
采用软件abaqus进行仿真，对两端缺口试样、中心圆孔试样和剪切试样进行了实验和建模，考虑到计算的效率和试样的对称性，将两端缺口试样和中心圆孔采用1/8模型，剪切试样采用完整模型，使用用户定义的子程序umat，子程序包括yld2000-3d屈服准则、swift-voce硬化模型以及df2014断裂准则。将实验得到的位移-载荷曲线和有限元建模得到的位移-载荷曲线进行比较，通过不断优化c1、c2、c3来优化位移-载荷曲线。
[0109]
根据优化后的c1、c2、c3可以得到df2014韧性断裂准则的三维断裂面以及二维断裂轨迹。
[0110]
实施例2
[0111]
将温度加热至300℃在高温热模拟试验机上对各向异性试样和断裂试样进行拉伸实验，后续具体步骤与实施例1一样。
[0112]
请参照图2至图7所示，上述两个实施例，通过有限元仿真得到的最终断裂位移与实验得到的误差小于3％，仿真得到的位移-载荷曲线与实验得到的曲线整体趋势与形状较符合，断裂位移也能和实验吻合地较好，表明通过本发明方法得到的结果是可靠的。
[0113]
相应于上述方法的实施例，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法的步骤。
[0114]
还有，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法的步骤。
[0115]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0116]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0117]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0118]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0119]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法，其特征在于：包括：步骤一：制备三种各向异性试样，对三种各向异性试样进行各向异性实验，得到三种各向异性试样的各向异性系数，其中，三种各向异性试样包括单轴拉伸试样、平面应变试样和压缩试样；步骤二：基于三种各向异性试样的各向异性系数确定yid2000-3d的屈服准则参数；步骤三：选取步骤一中获得的单轴拉伸试样的应力-应变曲线中的塑性应力-应变部分，根据swift-voce硬化模型预测单轴拉伸试样颈缩后的硬化曲线；步骤四：制备三种断裂试样，包括两端缺口试样、中心圆孔试样和剪切试样，对三种断裂试样进行拉伸实验,得到三种断裂试样的位移-载荷曲线；步骤五：通过dic方法得到两端缺口试样表面沿着y方向的第一应变值，根据所述第一应变值和基于步骤三中硬化曲线得到的第二应变值，确定所述swift-voce硬化模型的参数；步骤六：基于yid2000-3d的屈服准则参数、swift-voce硬化模型的参数和材料常数进行仿真模拟，将df2014韧性断裂模型用于模拟三种断裂试样的拉伸过程，得到三种断裂试样的位移-载荷曲线；步骤七：将步骤六得到的三种断裂试样的位移-载荷曲线与步骤四得到的三种断裂试样的位移-载荷曲线进行拟合，确定所述df2014韧性断裂模型的断裂参数；步骤八：根据所述df2014韧性断裂模型的断裂参数，得到df2014韧性断裂准则的三维断裂面以及二维断裂轨迹。2.根据权利要求1所述的一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法，其特征在于：在步骤一中，制备三种各向异性试样，包括：制备三种各向异性试样，分别为单轴拉伸试样、平面应变试样和压缩试样，在单轴拉伸试样和平面应变试样表面均匀喷涂一层黑色哑光底漆，再将白漆喷于黑色哑光底漆之上，形成不规则的散斑图形。3.根据权利要求2所述的一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法，其特征在于：在步骤一中，对三种各向异性试样进行各向异性实验，包括：将单轴拉伸试样以及平面应变试样在高温热模拟试验机上进行单向拉伸实验，将压缩试样进行压缩实验，对单向拉伸实验过程进行全程拍摄，基于拍摄得到的图像，获得单轴拉伸试样和平面应变试样的应力应变曲线；基于三个不同方向的单轴拉伸试样的应力应变曲线，获得单轴拉伸试样的三个各向异性值和三个归一化应力，以及基于所述平面应变试样中心区域的应力应变曲线获得平面应变试样的归一化应力，以及基于所述压缩试样的压缩实验得到压缩试样的各向异性值。4.根据权利要求3所述的一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法，其特征在于：在步骤二中，基于三种各向异性试样的各向异性系数确定yid2000-3d的屈服准则参数，包括：将单轴拉伸试样的三个各向异性值和三个归一化应力、平面应变试样的归一化应力和压缩试样的各向异性值用于求解yld2000-3d的屈服准则参数，建立最小误差函数：
其中θ＝0
°
、45
°
、90
°
，和分别是应力比和r值项的加权因子。y
ref
为参考屈服应力，参考各向异性值，为单轴拉伸实验得到的归一化应力值、为平面应变实验得到的归一化应力值，r
θ
为单轴拉伸实验得到的各向异性值、r
b
为压缩实验得到的各向异性值；基于所述最小误差函数，得到基于屈服应力和各向异性系数标定的yld2000-3d的屈服准则参数。5.根据权利要求1所述的一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法，其特征在于：在步骤三中，根据swift-voce硬化模型预测单轴拉伸试样颈缩后的硬化曲线，包括：所述swift-voce硬化模型公式为：其中，w为加权因子，k
s
、n、ε0为swift模型参数，k
v
、q
v
、β
v
为voce模型参数，ε
p
为等效塑性应变。6.根据权利要求1或5所述的一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法，其特征在于：在步骤五中，根据所述第一应变值和基于步骤三中硬化曲线得到的第二应变值，确定所述swift-voce硬化模型的参数，包括：将swift-voce硬化模型预测得到的单轴拉伸试样颈缩后的硬化曲线输入到有限元模拟中，输出各点对应的第二应变值，将第一应变值与第二应变值进行拟合，确定所述swift-voce硬化模型的参数。7.根据权利要求1所述的一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法，其特征在于：在步骤七中，确定所述df2014韧性断裂模型的断裂参数，包括：通过模拟三种断裂试样的拉伸过程，获得平均应力三轴度、平均罗德参数以及断裂的等效塑性应变，根据df2014韧性断裂模型公式求解所述df2014韧性断裂模型的断裂参数。8.根据权利要求1或7所述的一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法，其特征在于：所述df2014韧性断裂模型公式为：法，其特征在于：所述df2014韧性断裂模型公式为：其中，c1、c2、c3为待求解的断裂参数，η为应力三轴度，l为罗德参数，为断裂的等效塑性应变，为等效应力，为损伤参数，当损伤参数为1时，判断断裂发生，取c＝1/3。9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至8任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该程序被处理器执行时实现权利要求1至8任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明涉及一种铝合金高温各向异性本构模型和断裂模型的建立方法，包括基于各向异性试样的各向异性系数确定YId2000-3d的屈服准则参数；根据DIC方法得到的第一应变值和硬化曲线得到的第二应变值确定swift-voce硬化模型的参数；基于屈服准则参数、swift-voce硬化模型参数和材料常数进行仿真模拟，得到断裂试样位移-载荷曲线；将其与实验得到的位移-载荷曲线进行拟合，确定DF2014韧性断裂模型的断裂参数；根据断裂参数得到三维断裂面及二维断裂轨迹。本发明将swift-voce硬化模型和DF2014韧性断裂模型相结合，不仅能够准确得到铝合金塑性阶段的应力应变曲线，更好地预测其流变行为，还准确地预测了铝合金的高温断裂行为，使结果更加准确。结果更加准确。结果更加准确。


技术研发人员：张晓蕾 罗模芳 王子健 梁肖 邓建林
受保护的技术使用者：江西豪斯特汽车零部件有限公司 浙江豪斯特汽车零部件有限公司
技术研发日：2023.05.08
技术公布日：2023/8/24