工程科学学报，第39卷，第4期：557-566,2017年4月 Chinese Journal of Engineering,Vol.39,No.4:557-566,April 2017 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2017.04.011:http://journals.ustb.edu.cn 一个基于孔洞演化机制的韧性断裂预测模型 穆磊”，减勇)，Araujo Stemler Pedro Malaquias2) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)美国俄亥俄州立大学精密成形中心，哥伦布43210 区通信作者，E-mail:yzang(@ustb.ed.cn 摘要在韧性断裂中微观孔洞演化机制的基础上，提出了一个基于孔洞演化机制的非耦合型韧性断裂预测模型.模型充 分考虑了两种典型的孔洞演化机制：孔洞的长大机制和孔洞的拉长扭转机制.该模型引入了三个具有不同物理意义的材料 参数：材料对不同孔洞演化机制的敏感度、应力状态敏感度系数和材料的损伤阈值，并使用等效塑性应变增量表征其对韧性 损伤累积过程的驱动作用.为了使模型可以更好地反映三维应力状态对材料韧性断裂性能的影响，将该模型从主应力空间 转换到由应力三轴度、罗德参数和临界新裂应变构成的三维空间，得到了由模型确定的三维韧性断裂曲面，并研究了相关参 数对三维韧性断裂曲面及平面应力二维韧性断裂曲线的影响.利用50830铝合金、TRP690钢和Docol600DL双相钢三个 典型的轻质高强板材的韧性断裂数据验证了该模型对不同材料和不同应力状态的适用性和准确性 关键词韧性断裂：非耦合：应力三轴度：罗德参数：孔洞演化 分类号TG113.25 A micromechanically motivated uncoupled model for ductile fracture prediction MU Lei,ZANG Yong,Araujo Stemler Pedro Malaquias? 1)School of Mechanical Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Center for Precision Forming,the Ohio State University,Columbus 43210,USA Corresponding author,E-mail:yzang@ustb.edu.cn ABSTRACT This paper is a contribution to the ductile fracture prediction by the proposal of a new uncoupled ductile fracture criteri- on.In the new criterion,two typical void deformation models were carefully considered,with the plastic strain increment regarded as a key impetus of the damage evolution and its accumulation.The new ductile fracture criterion was constructed with three model pa- rameters with different physical meanings.A 3D ductile fracture surface model was obtained by transforming the proposed criterion from stress space to the space of stress triaxiality,Lode parameter,and fracture strain,and a parametric study was carried out to better understand their effects.To validate the performance of the new criterion,it was used to construct the 3D fracture surfaces of 5083-0 aluminum alloy,TRIP690,and Docol 600DL (a dual-phase steel).Comparisons of the results with experimental observations indicate that the proposed criterion provides good prediction capability over a large range of stress states for various materials,with good flexi- bility and considerable accuracy. KEY WORDS ductile fracture:uncoupled:stress triaxiality:Lode parameter:void evolution 近年来，为了减轻车身重量，提高燃油经济性，同先进高强钢在方形件冲压过程中出现的剪切型韧性断 时保证驾驶安全性，轻质高强金属板材得到了越来越 裂四，其具有以下特点：(1)断裂出现在凹模圆角附 广泛的使用，例如先进高强钢，铝合金、镁合金等材近：(2)断裂位置没有明显的板厚减薄：(3)断裂位置 料四.然而，这些材料在板材冲压成形过程中会出现 的材料经历了纯剪切的应变路径（α=-1，α为应变 一些传统方法无法准确预测的韧性断裂问题。例如， 路径，a=2/1,82和e1分别为平面应力状态下的次应 收稿日期：2016-一1225工程科学学报，第 39 卷，第 4 期: 557--566，2017 年 4 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 39，No． 4: 557--566，April 2017 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2017． 04． 011; http: / /journals． ustb． edu． cn 一个基于孔洞演化机制的韧性断裂预测模型 穆 磊1) ，臧 勇1) ，Araujo Stemler Pedro Malaquias2) 1) 北京科技大学机械工程学院，北京 100083 2) 美国俄亥俄州立大学精密成形中心，哥伦布 43210 通信作者，E-mail: yzang@ ustb． edu． cn 摘 要 在韧性断裂中微观孔洞演化机制的基础上，提出了一个基于孔洞演化机制的非耦合型韧性断裂预测模型． 模型充 分考虑了两种典型的孔洞演化机制: 孔洞的长大机制和孔洞的拉长扭转机制． 该模型引入了三个具有不同物理意义的材料 参数: 材料对不同孔洞演化机制的敏感度、应力状态敏感度系数和材料的损伤阈值，并使用等效塑性应变增量表征其对韧性 损伤累积过程的驱动作用． 为了使模型可以更好地反映三维应力状态对材料韧性断裂性能的影响，将该模型从主应力空间 转换到由应力三轴度、罗德参数和临界断裂应变构成的三维空间，得到了由模型确定的三维韧性断裂曲面，并研究了相关参 数对三维韧性断裂曲面及平面应力二维韧性断裂曲线的影响． 利用 5083--O 铝合金、TＲIP690 钢和 Docol 600DL 双相钢三个 典型的轻质高强板材的韧性断裂数据验证了该模型对不同材料和不同应力状态的适用性和准确性． 关键词 韧性断裂; 非耦合; 应力三轴度; 罗德参数; 孔洞演化 分类号 TG113. 25 A micromechanically motivated uncoupled model for ductile fracture prediction MU Lei1) ，ZANG Yong1)  ，Araujo Stemler Pedro Malaquias2) 1) School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Center for Precision Forming，the Ohio State University，Columbus 43210，USA Corresponding author，E-mail: yzang@ ustb． edu． cn ABSTＲACT This paper is a contribution to the ductile fracture prediction by the proposal of a new uncoupled ductile fracture criteri￾on． In the new criterion，two typical void deformation models were carefully considered，with the plastic strain increment regarded as a key impetus of the damage evolution and its accumulation． The new ductile fracture criterion was constructed with three model pa￾rameters with different physical meanings． A 3D ductile fracture surface model was obtained by transforming the proposed criterion from stress space to the space of stress triaxiality，Lode parameter，and fracture strain，and a parametric study was carried out to better understand their effects． To validate the performance of the new criterion，it was used to construct the 3D fracture surfaces of 5083--O aluminum alloy，TＲIP690，and Docol 600DL ( a dual-phase steel) ． Comparisons of the results with experimental observations indicate that the proposed criterion provides good prediction capability over a large range of stress states for various materials，with good flexi￾bility and considerable accuracy． KEY WOＲDS ductile fracture; uncoupled; stress triaxiality; Lode parameter; void evolution 收稿日期: 2016--12--25 近年来，为了减轻车身重量，提高燃油经济性，同 时保证驾驶安全性，轻质高强金属板材得到了越来越 广泛的使用，例如先进高强钢，铝合金、镁合金等材 料［1］． 然而，这些材料在板材冲压成形过程中会出现 一些传统方法无法准确预测的韧性断裂问题． 例如， 先进高强钢在方形件冲压过程中出现的剪切型韧性断 裂［2］，其具有以下特点: ( 1) 断裂出现在凹模圆角附 近; ( 2) 断裂位置没有明显的板厚减薄; ( 3) 断裂位置 的材料经历了纯剪切的应变路径( α = － 1，α 为应变 路径，α = ε2 /ε1，ε2和 ε1分别为平面应力状态下的次应