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钱凌云等:金属薄板面内压剪变形的损伤断裂行为 271· 断裂形式.试样的蝶形形状和厚度减薄设计有利 [9]Mu L,Zang Y,Araujo S P M.A micromechanically motivated 于诱发板料在负应力三轴度区间发生失效;环形 uncoupled model for ductile fracture prediction.Chin/Eng,2017, 夹具体和滑轮的配合使用可以调整试样装夹位置 39(4):557 (穆磊,减勇,Araujo S P M.一个基于孔洞演化机制的韧性断裂 从而实现单个试样在单向试验机上进行广泛的负 预测模型.工程科学学报,2017,39(4):557) 应力三轴度范围内压剪断裂行为分析 [10]Han G Z,Cai L X,Yao D,et al.Fracture criterion and plane-strain (2)基于ABAQUS平台对试样及夹具分别处 fracture toughness of ductile materials.Acta eron Astron Sin, 于20°、30°、45°三种不同加载角度进行建模分析, 2018.39(8):145 由模拟结果可得到三种加载角度断口区域的应力 (韩光照,蔡力勋,姚迪,等.延性材料断裂准则与平面应变断裂 三轴度数值均为负值,验证了设计的试样在配套 韧度.航空学报,2018,39(8):145) 夹具的夹持下进行实验为负应力三轴度压缩状 [11]Jia Z,Mu L,Zang Y.Research progress on the micro-mechanism 态.并且断裂点的应力三轴度最小值达0.485,表 and prediction models of ductile fracture in metal forming.ChinJ Eg,2018,40(12):1454 明韧性断裂的应力三轴度的截止值可以小于-1/3 (贾哲,穆磊,减勇.金属塑性成形中的韧性断裂微观机理及预 改变α角可以实现单个试样在广泛的负应力三轴 测模型的研究进展.工程科学学报,2018,40(12):1454) 度范围内进行压剪断裂分析的研究 [12]Zhu Y Z,Kiran R,Xing J H,et al.A modified micromechanics (3)由模拟结果得损伤演化过程,加载角度为 framework to predict shear involved ductile fracture in structural 20°和30时试样的裂纹萌生在心部,然后向边缘 steels at intermediate and low-stress triaxialities.Eng Fract Mech, 扩展.加载角度为45时试样的裂纹萌生在边缘, 2020,225:106860 然后向心部扩展.在应力三轴度小于-13的范围 [13]Lou Y S,Yoon J W,Huh H.Modeling of shear ductile fracture considering a changeable cut-off value for stress triaxiality.IntJ 内,随着应力三轴度的减小,断裂点的断裂应变越 P1as2014,54:56 小.当加载角度为45时.试样对应的初始断裂应 [14]Kubik P,Sebek F,Hulka J,et al.Calibration of ductile fracture crite- 变最大,可达1.06 ria at negative stress triaxiality.Int/Mech Sci,2016,108-109:90 [15]Li C.Analysis and Application of the Instability of Thin-Walled 参考文献 Materials in Plastic Forming Process [Dissertation].Beijing: [1]Liu W H.Research on Application of High Strength Steel in Beijing Institute of Technology,2017 Automotive Lightweight [Dissertation].Wuhan:Wuhan University (李种.薄壁材料在塑性加工中的失稳现象分析与应用[学位论 of Technology,2009. 文1.北京:北京理工大学,2017) (刘文华.高强度钢板在汽车轻量化中的应用研究[学位论文] [16]Huang G S,Wang L F,Wang Y X,et al.An Auxiliary Tool for 武汉:武汉理工大学,2009.) Thin Plate Material Compression and Its Application:China [2]Chiang J,Lawrence B,Boyd JD,et al.Effect of microstructure on Patent,.CN103335883A.2013-10-02 retained austenite stability and work hardening of TRIP steels. (黄光胜,王利飞,王艳霞,等.一种薄板材料压缩辅助工具及使 Mater Sci Eng A,2011,528(13-14):4516 用方法:中国专利,CN103335883A.2013-10-02) [3]Lou Y S,Huh H.Prediction of ductile fracture for advanced high [17]Mohr D.Henn S.Calibration of stress-triaxiality dependent crack strength steel with a new criterion:Experiments and simulation./ formation criteria:a new hybrid experimental-numerical method. Mater Process Technol,2013,213(8):1284 Exp Mech,2007,47(6):805 [4]Li Y N,Luo M,Gerlach J,et al.Prediction of shear-induced [18]Brunig M,Gerke S,Schmidt M.Damage and failure at negative fracture in sheet metal forming.J Mater Process Technol,2010, stress triaxialities:Experiments,modeling and numerical 210(14):1858 simulations.Int Plast,2018,102:70 [5]Choi K S,Liu WN,Sun X,et al.Microstructure-based constitutive [19]Gerke S,Zistl M,Bhardwaj A,et al.Experiments with the X0- modeling of TRIP steel:prediction of ductility and failure modes specimen on the effect of non-proportional loading paths on under different loading conditions.Acta Mater,2009,57(8):2592 damage and fracture mechanisms in aluminum alloys.Int/Solids [6]Zhu H,Zhu L,Chen J H,et al.Investigation of fracture mechanism Struct,2019,163:157 of 6063 aluminum alloy under different stress states.IntJ Fract, [20]Xu Q S,Zhuang X C,Fang YY,et al.A novel test method for 2007,146(3):159 symmetrical sheet metal compression-shear.J Shanghai Jiaotong [7]Bao Y B,Wierzbicki T.On fracture locus in the equivalent strain Umim,2015,49(10):1510 and stress triaxiality space.IntJ Mech Sci,004,6(1):81 (徐芹所,庄新村,方勇勇,等.一种新的金属板料双向压缩剪切 [8]Shouler D R,Allwood J M.Design and use of a novel sample 试验方法.上海交通大学学报,2015,49(10):1510) design for formability testing in pure shear.J Mater Process [21]Wu Y J,Zhuang X C,Zhao Z.Fracture topography analysis of Technol,2010.210(10):1304 C45 steel under different stress states.J Plast Eng,2013,20(3):断裂形式. 试样的蝶形形状和厚度减薄设计有利 于诱发板料在负应力三轴度区间发生失效;环形 夹具体和滑轮的配合使用可以调整试样装夹位置 从而实现单个试样在单向试验机上进行广泛的负 应力三轴度范围内压剪断裂行为分析. (2)基于 ABAQUS 平台对试样及夹具分别处 于 20°、30°、45°三种不同加载角度进行建模分析, 由模拟结果可得到三种加载角度断口区域的应力 三轴度数值均为负值,验证了设计的试样在配套 夹具的夹持下进行实验为负应力三轴度压缩状 态. 并且断裂点的应力三轴度最小值达−0.485,表 明韧性断裂的应力三轴度的截止值可以小于−1/3. 改变 α 角可以实现单个试样在广泛的负应力三轴 度范围内进行压剪断裂分析的研究. (3)由模拟结果得损伤演化过程,加载角度为 20°和 30°时试样的裂纹萌生在心部,然后向边缘 扩展. 加载角度为 45°时试样的裂纹萌生在边缘, 然后向心部扩展. 在应力三轴度小于−1/3 的范围 内,随着应力三轴度的减小,断裂点的断裂应变越 小. 当加载角度为 45°时,试样对应的初始断裂应 变最大,可达 1.06. 参    考    文    献 Liu  W  H. Research on Application of High Strength Steel in Automotive Lightweight [Dissertation]. Wuhan: Wuhan University of Technology, 2009. (刘文华. 高强度钢板在汽车轻量化中的应用研究[学位论文]. 武汉: 武汉理工大学, 2009.) [1] Chiang J, Lawrence B, Boyd J D, et al. Effect of microstructure on retained  austenite  stability  and  work  hardening  of  TRIP  steels. Mater Sci Eng A, 2011, 528(13-14): 4516 [2] Lou Y S, Huh H. Prediction of ductile fracture for advanced high strength steel with a new criterion: Experiments and simulation. 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Chin J Eng, 2017, 39(4): 557 (穆磊, 臧勇, Araujo S P M. 一个基于孔洞演化机制的韧性断裂 预测模型. 工程科学学报, 2017, 39(4):557) [9] Han G Z, Cai L X, Yao D, et al. Fracture criterion and plane-strain fracture  toughness  of  ductile  materials. Acta Aeron Astron Sin, 2018, 39(8): 145 (韩光照, 蔡力勋, 姚迪, 等. 延性材料断裂准则与平面应变断裂 韧度. 航空学报, 2018, 39(8):145) [10] Jia Z, Mu L, Zang Y. Research progress on the micro-mechanism and prediction models of ductile fracture in metal forming. Chin J Eng, 2018, 40(12): 1454 (贾哲, 穆磊, 臧勇. 金属塑性成形中的韧性断裂微观机理及预 测模型的研究进展. 工程科学学报, 2018, 40(12):1454) [11] Zhu  Y  Z,  Kiran  R,  Xing  J  H,  et  al.  A  modified  micromechanics framework  to  predict  shear  involved  ductile  fracture  in  structural steels at intermediate and low-stress triaxialities. Eng Fract Mech, 2020, 225: 106860 [12] Lou  Y  S,  Yoon  J  W,  Huh  H.  Modeling  of  shear  ductile  fracture considering  a  changeable  cut-off  value  for  stress  triaxiality. Int J Plast, 2014, 54: 56 [13] Kubík P, Šebek F, Hůlka J, et al. Calibration of ductile fracture crite￾ria at negative stress triaxiality. Int J Mech Sci, 2016, 108-109: 90 [14] Li  C. Analysis and Application of the Instability of Thin-Walled Materials in Plastic Forming Process [Dissertation].  Beijing: Beijing Institute of Technology, 2017 (李翀. 薄壁材料在塑性加工中的失稳现象分析与应用[学位论 文]. 北京: 北京理工大学, 2017) [15] Huang  G  S,  Wang  L  F,  Wang  Y  X,  et  al. An Auxiliary Tool for Thin Plate Material Compression and Its Application:  China Patent, CN103335883A. 2013-10-02 (黄光胜, 王利飞, 王艳霞, 等. 一种薄板材料压缩辅助工具及使 用方法: 中国专利, CN103335883A. 2013-10-02) [16] Mohr D, Henn S. Calibration of stress-triaxiality dependent crack formation criteria: a new hybrid experimental –numerical method. Exp Mech, 2007, 47(6): 805 [17] Brünig  M,  Gerke  S,  Schmidt  M.  Damage  and  failure  at  negative stress  triaxialities:  Experiments,  modeling  and  numerical simulations. Int J Plast, 2018, 102: 70 [18] Gerke  S,  Zistl  M,  Bhardwaj  A,  et  al.  Experiments  with  the  X0- specimen  on  the  effect  of  non-proportional  loading  paths  on damage and fracture mechanisms in aluminum alloys. Int J Solids Struct, 2019, 163: 157 [19] Xu  Q  S,  Zhuang  X  C,  Fang  Y  Y,  et  al.  A  novel  test  method  for symmetrical  sheet  metal  compression-shear. J Shanghai Jiaotong Univ, 2015, 49(10): 1510 (徐芹所, 庄新村, 方勇勇, 等. 一种新的金属板料双向压缩剪切 试验方法. 上海交通大学学报, 2015, 49(10):1510) [20] Wu  Y  J,  Zhuang  X  C,  Zhao  Z.  Fracture  topography  analysis  of C45 steel under different stress states. J Plast Eng, 2013, 20(3): [21] 钱凌云等: 金属薄板面内压剪变形的损伤断裂行为 · 271 ·
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