板料成形性理论评价与深入研究

第３期苑世剑等：板料成形性理论评价与深入研究

变形，板料由于局部细颈的很快发展而被拉断。

后来，Ｍａｒｃｉｎｉａｋ根据Ｈｉｌｌ理论发现，在双向

拉伸试验中，如果两应力的比值ｚ一＆／∞＞ｏ．５时，

集中性失稳应先于分散性失稳发生，这和实际情况

不符。为此，Ｍａｒｃｉｎｉａｋ和Ｋｕｃｚｙｎｓｋｉ从材料损伤角

度提出了沟槽假说，简称ＭＫ理论口］。Ｍ＿Ｋ理论

认为，由于受载板料的物理性质或者板厚存在不均

匀性，变形时在垂直于最大主应力的方向发展为一

凹槽，槽内的应变比如ｚ／＆。将略小于槽外，随着

变形的发展在槽内形成一条长度变化为零的线，从

而出现平面应变状态下的集中性细颈。根据这一假

设，板料的集中性失稳是由板料存在的初始缺陷引

起的。但实验表明，用Ｍ＿Ｋ理论计算的板料初始厚

度不均匀程度要远远大于板平面的实际情况。为此，

人们从两个不同角度对Ｍ—Ｋ理论进行了修正，一种

认为厚向不均匀是在分散性失稳后产生的，另一种

认为是内部的缺陷造成了板厚方向的不均匀。但是

理论汁算和实验结果仍有较大差别［４’“。尽管后来

ＬｅＨｎｉｔｒｃ根据连续体损伤力学提出了描述材料损伤

对杨氏模量Ｅ影响的损伤参量Ｄ的概念，仍没有取

得很好的结果ｆ６】。

从连续体失稳角度，ｓｔｏｒｅｎ和Ｒｉｃｅ提出了所谓

的屈服面尖点理论，认为：假设板料初始状态是均

匀的，当塑性变形发展到一定程度时，由于交滑移

的作用在多晶体材料的屈服表面上形成尖点，使发

生集中性失稳成为可能口］。后来Ｂｒｅｓｓａｎ和ｗｉｌ一

１ｉａｍｓ等又提出，临界剪切应力失稳准则”Ｊ。由于缺

乏足够的实验证据，这些理论的可靠性和应用范围

都是有限的。

陈光南和胡世光等通过实验研究认为，正常的

戚形用板料的表面粗糙度不会导致集中性失稳，板

料的集中性失稳主要受内部｝Ｌ穴的尺寸与分布的影

响。从分散性失稳到集中性失稳的转变，是一个由

损伤引起物体的应变状态向宏观平面应变状态漂移

的过程ｏ］。根据其实验结果，提出了只包含板料基

本成形参数ｎ值和ｒ值，忽略损伤量而仅考虑损伤

对应变状态漂移的影响的拉伸失稳物理模型以及相

应的成形极限计算方法。

在拉伸失稳理论的评价和板料成形极限的研究

方面，Ｋｅｌｌｅｒ和Ｇｏｏｄｗｉｎ于上世纪５０、６０年代提

出了成形极限图（ＦＬＤ）的概念【”１“Ｊ。ＦＬＤ的提出

为板料成形极限的研究以及拉伸失稳理论的评价提

供了基础，为判断板料开裂成形极限提供了有力工

具。ＦＬ，Ｄ的建立可以采用理论计算方法，也可以采７

用实验方法。利用标准的实验装置，通过改变试件宽度和润滑等条件，可以利用获得的极限应变数据来绘制ＦＬＤ。

从ＦＬＤ的提出，塑性加］．界和力学界学者肘ＦＬＤ进行了大量实验研究和理论探讨，如利用ＦＬＤ分析板料成形过程加载路径、变形状态、毛坯形状和材料性能对开裂破坏的影响．对实际生产起到了很大的指导作用。

但是，绘制ＦＬＤ通常使用的是线性或近似线性的应变路径，而由极限应变构成的ＦＩＤ受应变路径的影响很大，所以对于实际成形中常见的复杂应变路径，所建立的ＦＬＤ不能很好的用于破裂的预测。因此，研究复杂应变路径下的拉伸失稳已成为板料成形领域的热点问题之一。

Ｋｌｅｅｍｏｌａ等在１９７７年发现极限应变只由最终的应力状态决定，而和应变路径无关［１“。人们便试图用极限应力来衡量复杂应变路径下的成形极限问题。Ａｒｒｉｅｕｘ等人于１９８２年首先提出成形极限应力图（ＦＬｓＤ）的概念，并通过实验确定了线性和双线性应变路径下的ＦＬＳＤ｜”’１“。

但是，无论是利用极限应变还是极限应力来衡量复杂应变路径下的成形极限．都涉及到如何实现真正意义上的复杂加载。因此，复杂加载实验的实现，已成为目前制约ＦＩＪ）理论或者成形极限理论研究的主要问题。万敏对实现复杂加载路径的实验方法及其可行性进行了分析，认为可以通过十字双向拉伸实验来实现复杂加载路径［１“。但只有解决载荷的实时控制以及应力、应变的测量问题，才能够实现双向比例加载、双线性加载等真正意义上的复杂加载方式。

３塑性屈曲和起皱问题

屈曲起皱是薄板和薄壳类结构的另一种主要失效形式。相对于板料开裂成形极限的研究，起皱问题的研究还是非常有限的。近一个世纪以来，人们从屈曲起皱产生的原因、预报以及屈曲后的性质等各个方面对屈曲进行了深入的研究。从力学分析角度看，起皱是板坯或壳体在某种局部压应力作用下产生屈曲并出现后屈曲大变形的外部宏观表现。在塑性加工领域常称塑性屈曲为皱曲。皱的产生和发展受到应力状态、材料的力学性能、工件的几何形状以及接触情况等因素的影响。由于影响因素太多，同时考虑这些因素对皱的产生和发展的影响是非常

板料成形性理论评价与深入研究

作者：苑世剑， 何祝斌

作者单位：哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,哈尔滨,150001

刊名：

塑性工程学报

英文刊名：JOURNAL OF PLASTICITY ENGINEERING

年，卷(期)：2003,10(3)

被引用次数：9次

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