第36卷第4期 北京科技大学学报 Vol.36 No.4 2014年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2014 基于Gurson模型的镁合金板材温热冲压成形研究 王瑞泽2，陈章华，减勇》 1)北京科技大学数理学院，北京1000832)中煤科工集团西安研究院有限公司，西安710077 3)北京科技大学机械工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:chenzhanghua@usth.cdu.cn 摘要在Gson损伤模型的基础上，采用有限元数值模拟与温热冲压实验相结合的方法，对镁合金板材温热冲压成形过程 中的材料损伤过程进行了预测。考虑了板材的塑性各向异性行为，通过用户自定义材料子程序VUMAT将损伤模型嵌入到有 限元软件ABAQUS/Explicit中.采用单轴拉伸试验数据与有限元数值模拟结果进行迭代，确定了Gurson模型所需要的材料参 数.使用ABAQUS模拟得到了镁合金板材温热冲压过程中微孔洞的演变及分布规律.通过扫描电子显微镜，对不同温度下的 AZ31镁合金板材由孔洞增长和聚合引起的内部损伤演化进行了观察分析.研究结果表明，板材中微孔洞的分布与实验数据 相吻合，说明本文所提出的方法可以应用于金属板材温热冲压成形性能预测. 关键词镁合金：板材：各向异性：冲压：成形性能：数值方法；拉伸试验 分类号TG386.41 Thermal stamping formability of magnesium alloy sheet based on the Gurson model WANG Rui-e,CHEN Zhang-hua,ZANG Yong 1)School of Mathematics and Physics,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Xi'an Research Institute Co.Ltd.,China Coal Technology Engineering Group Crop.,Xian 710077,China 3)School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:chenzhanghua@ustb.edu.cn ABSTRACT Based on the Gurson damage model,the thermal stamping formability of AZ31 magnesium alloy sheet was predicted by employing finite element simulation and thermal stamping test.Taking the plastic anisotropic behavior of the AZ31 sheet into account, the Gurson damage model was implemented in the commercial finite element software ABAQUS/Explicit by using the user material sub- routine VUMAT.Parameters employed in the Gurson damage model were determined through uniaxial tensile test and numerical itera- tive computation.The evolvement and distribution of micro voids in the AZ31 sheet during thermal stamping were simulated by using ABAQUS.The internal damage evolution due to micro void growth and coalescence developed at different temperatures in the AZ31 sheet was observed by scanning electron microscopy.The predicted micro void distribution agrees well with experimental data.There- fore,this result indicates that the presented approach can be employed to predict the thermal stamping formability of metal sheet. KEY WORDS magnesium alloys:sheet metal:anisotropy:stamping:formability:numerical methods:tensile testing 镁合金作为密度最轻的常用金属材料，具有比 量化工艺设计方法，必将成为镁合金板材温热成形 强度高、比弹性模量大、消震性好等优点.镁合金板工艺设计的发展方向.因此，镁合金板材加工成形 材温热成形过程涉及的工艺因素较多，是一个极其 成为当前的研究热点，在航空航天、汽车、电子等领 复杂的多参数耦合非线性过程.基于数值模拟的定 域具有很大的应用潜力 收稿日期：201302-13 基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目(2008AA062104) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.04.007:http://journals.ustb.edu.cn第 36 卷 第 4 期 2014 年 4 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 4 Apr． 2014 基于 Gurson 模型的镁合金板材温热冲压成形研究 王瑞泽1，2) ，陈章华1) ，臧 勇3) 1) 北京科技大学数理学院，北京 100083 2) 中煤科工集团西安研究院有限公司，西安 710077 3) 北京科技大学机械工程学院，北京 100083  通信作者，E-mail: chenzhanghua@ ustb． edu． cn 摘 要 在 Gurson 损伤模型的基础上，采用有限元数值模拟与温热冲压实验相结合的方法，对镁合金板材温热冲压成形过程 中的材料损伤过程进行了预测． 考虑了板材的塑性各向异性行为，通过用户自定义材料子程序 VUMAT 将损伤模型嵌入到有 限元软件 ABAQUS /Explicit 中． 采用单轴拉伸试验数据与有限元数值模拟结果进行迭代，确定了 Gurson 模型所需要的材料参 数． 使用 ABAQUS 模拟得到了镁合金板材温热冲压过程中微孔洞的演变及分布规律． 通过扫描电子显微镜，对不同温度下的 AZ31 镁合金板材由孔洞增长和聚合引起的内部损伤演化进行了观察分析． 研究结果表明，板材中微孔洞的分布与实验数据 相吻合，说明本文所提出的方法可以应用于金属板材温热冲压成形性能预测． 关键词 镁合金; 板材; 各向异性; 冲压; 成形性能; 数值方法; 拉伸试验 分类号 TG386. 41 Thermal stamping formability of magnesium alloy sheet based on the Gurson model WANG Ｒui-ze 1，2) ，CHEN Zhang-hua1)  ，ZANG Yong3) 1) School of Mathematics and Physics，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Xi'an Ｒesearch Institute Co． Ltd． ，China Coal Technology ＆ Engineering Group Crop． ，Xi'an 710077，China 3) School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: chenzhanghua@ ustb． edu． cn ABSTＲACT Based on the Gurson damage model，the thermal stamping formability of AZ31 magnesium alloy sheet was predicted by employing finite element simulation and thermal stamping test． Taking the plastic anisotropic behavior of the AZ31 sheet into account， the Gurson damage model was implemented in the commercial finite element software ABAQUS /Explicit by using the user material sub￾routine VUMAT． Parameters employed in the Gurson damage model were determined through uniaxial tensile test and numerical itera￾tive computation． The evolvement and distribution of micro voids in the AZ31 sheet during thermal stamping were simulated by using ABAQUS． The internal damage evolution due to micro void growth and coalescence developed at different temperatures in the AZ31 sheet was observed by scanning electron microscopy． The predicted micro void distribution agrees well with experimental data． There￾fore，this result indicates that the presented approach can be employed to predict the thermal stamping formability of metal sheet． KEY WOＲDS magnesium alloys; sheet metal; anisotropy; stamping; formability; numerical methods; tensile testing 收稿日期: 2013--02--13 基金项目: 国家重点基础研究发展计划资助项目( 2008AA062104) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 04． 007; http: / /journals． ustb． edu． cn 镁合金作为密度最轻的常用金属材料，具有比 强度高、比弹性模量大、消震性好等优点． 镁合金板 材温热成形过程涉及的工艺因素较多，是一个极其 复杂的多参数耦合非线性过程． 基于数值模拟的定 量化工艺设计方法，必将成为镁合金板材温热成形 工艺设计的发展方向． 因此，镁合金板材加工成形 成为当前的研究热点，在航空航天、汽车、电子等领 域具有很大的应用潜力．