工程科学学报.第43卷，第2期：263-272.2021年2月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.2:263-272,February 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.23.002;http://cje.ustb.edu.cn 金属薄板面内压剪变形的损伤断裂行为 钱凌云2)区，马腾云12)，安鹏2)，纪婉婷，2)，孙朝阳12) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)金属轻量化成形制造北京市重点实验室，北京100083 ☒通信作者，E-mail:gianly@ustb.edu.cn 摘要相变诱导塑性钢(TRansformation induced plasticity,.TRIP)作为常用的先进高强钢在汽车等交通工具的轻量化方面有 广泛的应用前景.而对于其复杂零件的成形过程，韧性断裂是不可忽视的问题之一.本文针对现有实验装置不易诱发薄板承 受面内压剪时断裂失效，从而无法研究板料负应力三轴度区间断裂行为的问题，以高强钢TRP8O0薄板为研究对象，设计了 可在单向试验机完成压剪实验的试样和夹具.通过调整夹具旋转角度和试样装夹位置可以实现同一种试样在广泛的负应力 三轴度范围内进行压剪断裂分析.基于ABAQUS/Explicit平台建立了三个典型加载方向20°、30°和45°对应的压剪过程有限 元模型，分析表明：三种情况的试样局部变形区域的应力三轴度都小于0且断裂点的应力三轴度低至-0.485，验证了设计的 装置可实现负应力三轴度区间的断裂失效分析，同时基于MMC断裂准则分析了不同应力状态的初始损伤情况及损伤扩展 路径 关键词TRP800:面内压剪：应力三轴度：应力状态：损伤演变 分类号TG30 Damage and fracture behavior of a metal sheet under in-plane compression-shear deformation QIAN Ling-yun2 MA Teng-yun2),AN Peng2).JI Wan-ting2).SUN Chao-yang2 1)School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Beijing Key Laboratory of Lightweight Metal Forming,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:qianly @ustb.edu.cn ABSTRACT Increasing demands for lightweight manufacturing accelerate the application of lightweight materials in the transportation,aviation,and power industries.High-strength steel is a popular candidate among various lightweight materials. Transformation-induced plasticity (TRIP)steel,a high-strength,lightweight steel,is promising for forming processes owing to its high strength and toughness.However,the increase in the flow strength of metals will create big challenges for material formability and fracture issues for manufacturing processes.Ductile fracture is still the main failure form during the forming process of TRIP steel.Sheet metal is subject to complex stress states when it undergoes diverse loading paths.Failure modes in metal forming can be mainly classified into the following:tensile,compression,shear,tensile-shear,and compression-shear.Because the metal sheet is prone to buckling failure when it undergoes in-plane compression-shear deformation,it is difficult to induce fracture during the corresponding negative stress triaxiality range.To solve this issue,a novel experimental setup and a specimen were designed to analyze fracture behaviors of an advanced high-strength steel TRIP800 sheet.For the same specimen,the failure behaviors of diverse stress states could be achieved by adjusting the angles between the loading direction and specimen positions.The parallel numerical simulations of in-plane 收稿日期：2020-09-23 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51805023)：北京市自然科学基金资助项目(3184056)：中央高校基础科研业务费资助项目(FRF- TP20-009A2):中南大学高性能复杂制造国家重点实验室开放基金资助项目(Kkt2017-03)金属薄板面内压剪变形的损伤断裂行为 钱凌云1,2) 苣，马腾云1,2)，安    鹏1,2)，纪婉婷1,2)，孙朝阳1,2) 1) 北京科技大学机械工程学院，北京 100083    2) 金属轻量化成形制造北京市重点实验室，北京 100083 苣通信作者，E-mail：qianly@ustb.edu.cn 摘    要    相变诱导塑性钢（TRansformation induced plasticity, TRIP）作为常用的先进高强钢在汽车等交通工具的轻量化方面有 广泛的应用前景. 而对于其复杂零件的成形过程，韧性断裂是不可忽视的问题之一. 本文针对现有实验装置不易诱发薄板承 受面内压剪时断裂失效，从而无法研究板料负应力三轴度区间断裂行为的问题，以高强钢 TRIP800 薄板为研究对象，设计了 可在单向试验机完成压剪实验的试样和夹具. 通过调整夹具旋转角度和试样装夹位置可以实现同一种试样在广泛的负应力 三轴度范围内进行压剪断裂分析. 基于 ABAQUS/Explicit 平台建立了三个典型加载方向 20°、30°和 45°对应的压剪过程有限 元模型，分析表明：三种情况的试样局部变形区域的应力三轴度都小于 0 且断裂点的应力三轴度低至−0.485，验证了设计的 装置可实现负应力三轴度区间的断裂失效分析，同时基于 MMC 断裂准则分析了不同应力状态的初始损伤情况及损伤扩展 路径. 关键词    TRIP800；面内压剪；应力三轴度；应力状态；损伤演变 分类号    TG30 Damage  and  fracture  behavior  of  a  metal  sheet  under  in-plane  compression –shear deformation QIAN Ling-yun1,2) 苣 ，MA Teng-yun1,2) ，AN Peng1,2) ，JI Wan-ting1,2) ，SUN Chao-yang1,2) 1) School of Mechanical Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Beijing Key Laboratory of Lightweight Metal Forming, Beijing 100083, China 苣 Corresponding author, E-mail: qianly@ustb.edu.cn ABSTRACT    Increasing  demands  for  lightweight  manufacturing  accelerate  the  application  of  lightweight  materials  in  the transportation,  aviation,  and  power  industries.  High-strength  steel  is  a  popular  candidate  among  various  lightweight  materials. Transformation-induced plasticity (TRIP) steel, a high-strength, lightweight steel, is promising for forming processes owing to its high strength  and  toughness.  However,  the  increase  in  the  flow  strength  of  metals  will  create  big  challenges  for  material  formability  and fracture issues for manufacturing processes. Ductile fracture is still the main failure form during the forming process of TRIP steel. Sheet metal  is  subject  to  complex  stress  states  when  it  undergoes  diverse  loading  paths.  Failure  modes  in  metal  forming  can  be  mainly classified  into  the  following:  tensile,  compression,  shear,  tensile –shear,  and  compression –shear.  Because  the  metal  sheet  is  prone  to buckling failure when it undergoes in-plane compression–shear deformation, it is difficult to induce fracture during the corresponding negative  stress  triaxiality  range.  To  solve  this  issue,  a  novel  experimental  setup  and  a  specimen  were  designed  to  analyze  fracture behaviors of an advanced high-strength steel TRIP800 sheet. For the same specimen, the failure behaviors of diverse stress states could be achieved by adjusting the angles between the loading direction and specimen positions. The parallel numerical simulations of in-plane 收稿日期: 2020−09−23 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51805023）；北京市自然科学基金资助项目（3184056）；中央高校基础科研业务费资助项目（FRF￾TP-20-009A2）；中南大学高性能复杂制造国家重点实验室开放基金资助项目（Kfkt2017-03） 工程科学学报，第 43 卷，第 2 期：263−272，2021 年 2 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 2: 263−272, February 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.09.23.002; http://cje.ustb.edu.cn