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专利名称：一种高速工况下GISSMO材料失效模型参数测量方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210112825.7

专利申请（专利权）人：本钢板材股份有限公司
权利人地址：辽宁省本溪市平山区人民路16号

专利发明（设计）人：王铭泽,郭晶,孙洋,孙倬,宋博,刘莹

专利摘要：本发明涉及一种高速工况下GISSMO材料失效模型参数测量方法，本发明充分考虑到在碰撞过程中超高强冷轧钢及热成形钢受到冲击，在其作用下产生高速应变对材料力学性能的影响，使用高速拉伸机量测材料在某应变速率下的拉伸失效前力?位移曲线，结合仿真结果和试验数据获取材料在不同应力三轴度及lode角下的失效等效塑性应变。本发明着重解决现有材料失效模型在碰撞过程产生的高速载荷下精度较低的问题，无需复杂的夹具，仅需在试样上打孔处理，配合简易的螺栓夹具，降低试验难度和成本。

主权利要求：
1.一种高速工况下GISSMO材料失效模型参数测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、测量材料的静态拉伸及高速拉伸性能，获取力?位移曲线，将所获力?位移曲线转变为真应力?应变曲线，并将不同应变速率下的真应力?应变曲线外推至1；将材料不同应变速率下的真应力?应变曲线输入仿真模型中，通过仿真对标的方法修正材料曲线；
S2、在所需拉伸试样上打孔，要求可以穿过夹具螺栓，以便装载在试验装置上；使用高速拉伸机和杯突试验机量测材料在相应高速载荷工况下各类断裂试验的力?位移曲线；
S3、将修正的材料数据输入断裂力学试验仿真模型中，结合仿真结果与试验数据得到材料在不同应力三轴度、lode角下对应的等效塑性应变；利用插值法拟合数据点得到材料在高速工况下的GISSMO失效模型参数曲线，结合材料的拉伸曲线制成材料失效卡片；
S4、在步骤S1与S3的仿真模型中加载断裂材料卡片进行计算，结合仿真结果与试验数据修正材料数据，直至材料失效模型精度达到要求；
所述步骤S2中，高速拉伸材料的应变率为0.001?1000/s。
2.根据权利要求1所述的一种高速工况下GISSMO材料失效模型参数测量方法，其特征在于：所述步骤S2中，拉伸试样上打孔的直径范围为φ10?φ20。 说明书 : 一种高速工况下GISSMO材料失效模型参数测量方法技术领域[0001] 本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种高速工况下GISSMO材料失效模型参数测量方法。背景技术[0002] 近年来，消费者对乘用车碰撞性能的要求越来越高，使得车身中超高强冷轧钢、热成型钢等高强度低延展性钢材的应用比例大幅提升，由于塑性较差这些材料在碰撞过程中可能会断裂。为了准确的使用有限元仿真技术预测汽车材料在碰撞过程中的失效行为，人们开发了广义增量应力状态相关损伤模型(GISSMO)，应用该准则能够较为精确的重现多个载荷路径下各向同性韧性材料的断裂行为。[0003] 目前对GISSMO失效模型参数的测定是通过静态试验的方式测量材料在不同应力状态下的力?位移曲线。在实际的碰撞过程中人们关心的部位通常处于高速变形工况，在静态载荷下的试验未考虑材料在高速载荷下力学性能的变化，降低了材料失效模型的精度。发明内容[0004] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种高速工况下GISSMO材料失效模型参数测量方法，着重解决现有材料失效模型在碰撞过程产生的高速载荷下精度较低的问题。本专利无需复杂的夹具，仅需在试样上打孔处理，配合简易的螺栓夹具，降低试验难度和成本。[0005] 本发明采用的技术方案如下：[0006] 本发明所提出的一种高速工况下GISSMO材料失效模型参数测量方法，具体包括以下步骤：[0007] S1、测量材料的静态拉伸及高速拉伸性能，获取力?位移曲线，将所获力?位移曲线转变为真应力?应变曲线，并将不同应变速率下的真应力?应变曲线外推至1；将材料不同应变速率下的真应力?应变曲线输入仿真模型中，通过仿真对标的方法修正材料曲线；[0008] S2、在所需拉伸试样上打孔，要求可以穿过夹具螺栓，以便装载在试验装置上；使用高速拉伸机和杯突试验机量测材料在相应高速载荷工况下各类断裂试验的力?位移曲线；[0009] S3、将修正的材料数据输入断裂力学试验仿真模型中，结合仿真结果与试验数据得到材料在不同应力三轴度、lode角下对应的等效塑性应变；利用插值法拟合数据点得到材料在高速工况下的GISSMO失效模型参数曲线，结合材料的拉伸曲线制成材料失效卡片；[0010] S4、在步骤S1与S3的仿真模型中加载断裂材料卡片进行计算，结合仿真结果与试验数据修正材料数据，直至材料失效模型精度达到要求。[0011] 进一步的，所述步骤S2中，拉伸试样上打孔的直径范围为[0012] 进一步的，所述步骤S2中，高速拉伸材料的应变率为0.001?1000/s。[0013] 本发明与现有技术相比具有以下有益效果：[0014] GISSMO材料失效模型大部分应用于碰撞仿真计算，预测超高强冷轧钢或热成型钢等高强度低延展性钢材在碰撞中的断裂失效。相比较传统的GISSMO材料失效模型参数测量方法，本发明充分考虑超高强冷轧钢及热成型钢在碰撞过程中因受到冲击产生的高速应变。使用高速拉伸机量测材料在某应变速率下的拉伸失效前力?位移曲线，结合仿真结果和试验数据获取材料在不同应力三轴度及lode角下的失效等效塑性应变。[0015] 使用本发明获得的材料剪切试验、拉剪试验、R5拉伸试验、R20拉伸试验、中心孔拉伸试验和杯突试验等数据更贴合实际工况，在此基础上绘制的材料失效曲线精度更高，提升碰撞仿真分析精度。附图说明[0016] 图1是本发明所提出的一种高速工况下GISSMO材料失效模型参数测量方法流程图；[0017] 图2是中心孔拉伸试样示意图；[0018] 图3是R5拉伸试样示意图；[0019] 图4是R20拉伸试样示意图；[0020] 图5是剪切拉伸试样示意图；[0021] 图6是拉剪拉伸试样示意图；[0022] 图7是杯突试验示意图。具体实施方式[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0024] 本发明所提出的一种高速工况下GISSMO材料失效模型参数测量方法，如图1所示，具体包括以下步骤：[0025] 步骤S1，测量材料的静态拉伸及高速拉伸性能，通过数据处理的方式将所获力?位移曲线转变为真应力?应变曲线，并拟合外推至1；将材料不同应变速率下的真应力?应变曲线输入仿真模型中并进行计算，对标仿真计算结果与试验数据，若对标结果不佳则修正材料曲线后重复此步骤；[0026] 步骤S2，在所需拉伸试样上打孔，要求可以穿过夹具螺栓，以便装载在试验装置上，孔的直径范围为 使用高速拉伸机及杯突试验机量测材料在相应高速载荷工况下各类断裂试验的力?位移曲线；高速拉伸材料的应变速率的具体值处于0.001?1000/s之间；[0027] 步骤S3，将修正的材料数据输入各类断裂力学试验有限元仿真模型中，结合仿真结果与试验数据得到材料在不同应力三轴度、lode角下对应的等效塑性应变；利用插值法拟合数据点得到材料在高速工况下的GISSMO失效模型参数曲线，结合材料的拉伸曲线与断裂失效曲线建立相应材料卡；[0028] 步骤S4，将材料卡加载至步骤S1与S3所用仿真模型中进行计算，结合仿真结果与试验数据修正材料数据，直至精度达到要求。[0029] 所述拉伸仿真试样与试验试样需完全相同，仿真边界条件与工况参照试验。[0030] 其中，步骤S1所需仿真模型至少包含静态拉伸试验模型，若有高速拉伸数据需求还需增加高速拉伸试验模型。[0031] 步骤S2所需试样需至少包含标准单轴拉伸试样、高速拉伸试样、剪切试样、拉剪试样、R5拉伸试样、R20拉伸试样、中心孔拉伸试样和杯突试样。[0032] 步骤S3所用的有限元仿真模型需包含剪切试样、拉剪试样、R5拉伸试样、R20拉伸试样、中心孔拉伸试样和杯突试样。[0033] 所述高速拉伸材料应变率根据实际需求选择，不高于1000/s。[0034] 通过不同试样的高速拉伸试验确定材料在某应变速率下不同失效形式的失效力?位移曲线与失效在试样上的位置，提取仿真模型中对应的失效时间及位置的应力三轴度、lode角以及等效塑性应变，使用插值法绘制材料的失效曲线。[0035] 制取被测材料的单轴拉伸试样、高速拉伸试样，通过静态拉伸试验机及高速拉伸试验机量测材料在不同应变速率下的真应力?应变曲线并进行外推，最终获得可用于碰撞仿真分析的材料外推力学性能曲线。根据材料静态及高速拉伸试样与试验条件建立仿真模型。将外推后的不同应变速率下材料的真应力?应变曲线输入仿真模型中，对比仿真结果与试验数据，不断修正曲线外推部分直至仿真结果与试验数据基本一致。[0036] 如图2?6所示，分别制备剪切试样、拉剪试样、R5拉伸试样、R20拉伸试样和中心孔拉伸试样，在试样上钻 的孔，与夹具的螺栓相匹配，这样可覆盖建立GISSMO材料失效模型所需的断裂曲线中关键数据点。对上述试样进行拉伸试验，选择合适的应变速率进行试验，应变率范围为0.001?1000/s，得到材料在某应变速率下的失效前力?位移曲线与失效部位；同时制备杯突试验试样，如图7所示，完成杯突试验；依据上述试验试样与试验条件建立仿真模型，要求仿真条件对标试验条件；提取仿真结果中位移等于试验失效位移的时间与位置，查看相应单元的应力三轴度、lode角和对应的等效塑性应变；使用插值法处理所得数据点，制成GISSMO材料失效模型所需的材料断裂特性曲线。[0037] 在材料静态单轴拉伸试验、高速拉伸试验、剪切试验、拉剪试验、R5拉伸试验、R20拉伸试验、中心孔拉伸试验和杯突试验数据模型中加入*MAT_ADD_EROSION即GISSMO失效模型，对比仿真输出的力?位移曲线与试验数据的误差，计算仿真与试验力?位移曲线均方差。修正材料的断裂特征曲线，优化GISSMO模型，并重复上述过程。不断迭代参数使得仿真与试验力?位移曲线均方差减。敝链锏骄刃枨。[0038] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

专利地区：辽宁

专利申请日期：2022-01-29

专利公开日期：2024-11-12

专利公告号：CN114496124B