工程科学学报，第39卷，第4期：550556,2017年4月 Chinese Journal of Engineering,Vol.39,No.4:550-556,April 2017 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2017.04.010:http://journals.ustb.edu.cn 非线性组合硬化条件下镁合金板料变形回弹预测 赵晓迪，岳振明四，高军，褚兴荣 山东大学（威海）机电与信息工程学院，威海264209 ☒通信作者，E-mail:yuezhenming(@sdu.edu.cm 摘要变形回弹作为金属板料成形的主要缺陷之一，如何提高变应变路径条件下的回弹预测精度一直是研究者们面临的 难题.本文针对镁合金变形特点，提出了同时考虑同向硬化、动态硬化和屈服圆畸变的本构模型.以0.8mm厚AZ31B镁合 金板料为研究对象，施加不同预拉伸后进行弯曲变形试验，观察了不同预变形对回弹规律的影响.同时结合有限元分析 ABAQUS-Explicit(Vumat)和ABAQUS-Implicit(Umat)对板料的变形及回弹过程进行模拟仿真，对比试验与模拟结果，验证 动态硬化对于镁合金板料变形回弹的重要影响. 关键词镁合金：回弹；包辛格效应：动态硬化：诱发各向异性 分类号TG386 Springback prediction of magnesium alloy sheet with nonlinear combined hardening ZHAO Xiao-di,YUE Zhen-ming,GAO Jun,CHU Xing-rong School of Electrical and Information Engineering,Shandong University at Weihai,Weihai 264209,China Corresponding author,E-mail:yuezhenming@sdu.edu.cn ABSTRACT Springback is regarded as one of the main defects that occur in sheet-metal forming processes.Therefore,improving its prediction accuracy,especially under highly nonlinear conditions,is important for researchers.In this paper,constitutive equations that consider the isotropic hardening,kinematic hardening,and distortional hardening are proposed for magnesium alloy sheet.The work hardening and springback behaviors of 0.8-mm-thick AZ31B magnesium alloy sheet were investigated and simulated.The AZ31B specimen was subjected to a bending process after the pre-tension deformation,which aided in the observation of its springback behav- ior under nonlinear loading paths.Simulations were conducted using ABAQUS-Explicit (Vumat)and ABAQUS-Implicit (Umat). Comparisons between the experimental and numerical results demonstrate the strong influence of the kinematic hardening on the spring- back prediction of magnesium alloy sheet. KEY WORDS magnesium alloy sheet:springback:Bauschinger effect;kinematic hardening:induced anisotropy 镁及其合金作为最轻的结构金属材料，具有比强形.另一方面，镁合金板料在生产过程中，由于轧制， 度高、稳定性好等优点，在制造业尤其是交通运输业中通常表现出强烈的基面织构，即c轴总是垂直于轧制平 有着良好的应用前景，被称为“21世纪的绿色工程材 面，使板材厚度方向变形减薄困难，造成镁合金板料可成 料”四.镁合金具有密排六方晶体结构(HCP),在室温 形性较差.这些因素都限制了镁合金板料在室温下塑 下，基面滑移的临界切应力远低于非基面滑移的临界 性成形能力，阻碍了镁合金的广泛应用.在镁合金板料生 切应力，此时基面滑移占主导地位，塑性变形时仅有两 产过程中，当变形力卸载之后便会产生回弹问题.尽管已 个独立的基面滑移系和一个拉伸孪晶系，难以提供足 有很多学者对金属板料变形回弹进行了多方面的研究， 够的独立滑移/孪晶系统，因此镁合金难以产生塑性变 但是由于镁合金在板料弯曲过程中，位错滑移和孪生都 收稿日期：2016-10-11 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51605257)工程科学学报，第 39 卷，第 4 期: 550--556，2017 年 4 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 39，No． 4: 550--556，April 2017 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2017． 04． 010; http: / /journals． ustb． edu． cn 非线性组合硬化条件下镁合金板料变形回弹预测 赵晓迪，岳振明，高 军，褚兴荣 山东大学( 威海) 机电与信息工程学院，威海 264209 通信作者，E-mail: yuezhenming@ sdu． edu． cn 摘 要 变形回弹作为金属板料成形的主要缺陷之一，如何提高变应变路径条件下的回弹预测精度一直是研究者们面临的 难题． 本文针对镁合金变形特点，提出了同时考虑同向硬化、动态硬化和屈服圆畸变的本构模型． 以 0. 8 mm 厚 AZ31B 镁合 金板料为研究对象，施加不同预拉伸后进行弯曲变形试验，观察了不同预变形对回弹规律的影响． 同时结合有限元分析 ABAQUS--Explicit ( Vumat) 和 ABAQUS--Implicit ( Umat) 对板料的变形及回弹过程进行模拟仿真，对比试验与模拟结果，验证 动态硬化对于镁合金板料变形回弹的重要影响． 关键词 镁合金; 回弹; 包辛格效应; 动态硬化; 诱发各向异性 分类号 TG386 Springback prediction of magnesium alloy sheet with nonlinear combined hardening ZHAO Xiao-di，YUE Zhen-ming ，GAO Jun，CHU Xing-rong School of Electrical and Information Engineering，Shandong University at Weihai，Weihai 264209，China Corresponding author，E-mail: yuezhenming@ sdu． edu． cn ABSTＲACT Springback is regarded as one of the main defects that occur in sheet-metal forming processes． Therefore，improving its prediction accuracy，especially under highly nonlinear conditions，is important for researchers． In this paper，constitutive equations that consider the isotropic hardening，kinematic hardening，and distortional hardening are proposed for magnesium alloy sheet． The work hardening and springback behaviors of 0. 8-mm-thick AZ31B magnesium alloy sheet were investigated and simulated． The AZ31B specimen was subjected to a bending process after the pre-tension deformation，which aided in the observation of its springback behav￾ior under nonlinear loading paths． Simulations were conducted using ABAQUS--Explicit ( Vumat) and ABAQUS--Implicit ( Umat) ． Comparisons between the experimental and numerical results demonstrate the strong influence of the kinematic hardening on the spring￾back prediction of magnesium alloy sheet． KEY WOＲDS magnesium alloy sheet; springback; Bauschinger effect; kinematic hardening; induced anisotropy 收稿日期: 2016--10--11 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51605257) 镁及其合金作为最轻的结构金属材料，具有比强 度高、稳定性好等优点，在制造业尤其是交通运输业中 有着良好的应用前景，被称为“21 世纪的绿色工程材 料”［1］． 镁合金具有密排六方晶体结构( HCP) ，在室温 下，基面滑移的临界切应力远低于非基面滑移的临界 切应力，此时基面滑移占主导地位，塑性变形时仅有两 个独立的基面滑移系和一个拉伸孪晶系，难以提供足 够的独立滑移/孪晶系统，因此镁合金难以产生塑性变 形． 另一方面，镁合金板料在生产过程中，由于轧制， 通常表现出强烈的基面织构，即 c 轴总是垂直于轧制平 面，使板材厚度方向变形减薄困难，造成镁合金板料可成 形性较差［2］． 这些因素都限制了镁合金板料在室温下塑 性成形能力，阻碍了镁合金的广泛应用． 在镁合金板料生 产过程中，当变形力卸载之后便会产生回弹问题． 尽管已 有很多学者对金属板料变形回弹进行了多方面的研究， 但是由于镁合金在板料弯曲过程中，位错滑移和孪生都