鋁合金，拉伸，斷裂，損傷的案例
動力電池殼用鋁合金高應變高速率拉伸行為及斷裂特性研究
導讀
從汽車安全性角度，必須要考慮鋁合金等輕量化材料車身在碰撞中的抗沖擊性以及承受沖擊載荷的能力。由此，研究鋁合金在應變速率為1s-1～103s-1范圍的動態力學性能，成為新能源汽車安全可靠性仿真與評估的重要參量。
3003鋁合金作為低強度汽車動力電池封裝材料，其動態力學特性成為汽車受撞擊苛刻條件下殼體損傷程度評估，乃至動力電池防泄漏安全設計及管理的關鍵指標，但相關研究鮮有公開報道。本文研究了不同應變速率下3003鋁合金的動態拉伸行為，結合DIC數字圖像技術、掃描電鏡和顯微硬度等，著重分析了動態拉伸過程的變形與斷裂特征，為該材料的應用提供一些參考。
01
實驗部分
0
1
不同應變速率拉伸的應力與變形行為
從圖a、b可知，屈服強度和抗拉強度隨應變速率增加呈現兩階段特性，當應變速率小于100 s-1時，屈服強度和抗拉強度隨應變速率增加緩慢增大；當應變速率大于100 s-1時，應變速率的強化作用增大；隨應變速率增加，伸長率也增大。圖1c的流變應力-應變曲線表明，3003鋁合金不僅具有應變速率敏感性，同時塑性隨應變速率提高而增大。
圖2所示為選取圖1a中A-F點應力150N/mm2下和斷裂前的應變云圖，并和斷裂試樣宏觀樣品照片對比。從圖可知，在應力150N/mm2條件下，應變值在標距范圍內近似均勻分布；隨應變速率提高，應變值下降；圖中試樣中央區出現了明顯的應變集中區；隨應變速率的增加，應變集中區影響面積變大。
展開 Abaqus幫助文檔中，鋁合金三點彎曲的案例（延性損傷+剪切損傷）
threepointbending_alextrusion.rar
文檔.pdf
重慶大學《JMST》：累積疊軋層狀鋁合金復合材料的彎曲斷裂行為！
已有報道研究厚度比、堆垛順序和成分對LMC斷裂韌性的影響，然而對于不同層數的LMC復合材料的力學行為和增韌機理研究較少。
重慶大學的研究人員采用累積疊軋焊(ARB)工藝制備了不同厚度比和不同層數的AA1100/AA7075 LMCs。研究了AA1100/AA7075復合材料的力學性能及其斷裂行為。討論了結構變化對增韌機理的影響。相關論文以題為“Effect of lamellar structural parameters on the bending fracture behavior of AA1100/AA7075 laminated metal composites”發表在Journal of Materials Science & Technology。
展開 『分享』大型鋁合金網格筋殼片的沖壓拉伸成型
大型鋁合金網格筋殼片的沖壓拉伸成型
本文對某網格筋殼片的沖壓拉伸成型過程的有限元模擬分析進行了簡要介紹，通過采用不同算法的有限元模擬分析軟件平臺，對該產品的沖壓拉伸成型過程進行了必要的模擬計算分析，以對產品的結構、工藝和模具設計起到較好的指導作用。
大型鋁合金網格筋殼片的沖壓拉伸成型.doc
基于不同斷裂準則的 6061-T651 鋁合金板抗沖擊性能數值仿真研究
摘要：利用 ABAQUS/Explicit 軟件建立了彈體沖擊靶板的有限元模型，并采用不同的斷裂準則進行數值仿真計算。通過分析 鋁合金板沖擊失效單元的應力狀態，揭示不同頭部形狀彈體沖擊下鋁合金板的失效機理，以及斷裂準則對數值仿真結果的影 響規律。研究結果表明，相比 MJC 斷裂準則，WMJC 斷裂準則由于考慮了 Lode 角的影響，預測的結果與試驗更吻合。隨著 彈體頭部曲率半徑比的增大，靶板失效單元中拉伸斷裂的占比逐漸增多，從而導致 Lode 角對數值仿真預測出的彈道極限的 影響逐漸減小。此外，在不同頭部形狀的彈體沖擊下，斷裂準則對靶板失效模式的影響機制存在區別。
關鍵詞：數值仿真優化；彈體頭部形狀；失效機理；斷裂準則；應力狀態
0 前言
鋁合金有較高的強度，比強度接近高合金鋼， 比剛度超過鋼，有良好的鑄造性能和塑性加工性能， 良好的導電、導熱性能，良好的耐蝕性和可焊性， 在航天、航空、交通運輸與建筑等領域有著廣泛的 應用。此外，鋁合金結構的高速沖擊、爆炸及結構沖擊等現象經常發生。因此，很有必要研究鋁合金 板在高速沖擊過程中的力學響應特性和失效機制。 在高速沖擊過程中，鋁合金板往往發生大變形甚至 斷裂，而斷裂行為和失效機理直接影響其抗沖擊性 能。由于影響因素眾多，鋁合金板在沖擊下的失效 機理和性能研究主要結合試驗、分析模型與數值仿 真進行，而分析模型的合理性嚴重依賴于試驗觀察 和相關假設[1]。 數值仿真相比試驗研究不僅成本低、耗時短， 而且能夠獲取豐富的研究數據。因此，數值仿真在 沖擊工程領域獲得了不少成功的應用，已成為研究沖擊問題的一種有效和實用的方法。但是，數值仿 真結果受到很多因素的影響[2]，其中對金屬材料斷 裂應變的不同表征形式，嚴重影響數值仿真結果的 有效性[3-4]。
展開 3D打印鋁合金斷裂研究
此外，研究還發現，除了材料的抗斷裂曲線（R curve）表現出明顯的各向異性外，LPBF技術引入的宏觀組織結構（即熔池結構）會使材料的耐損傷、抗斷裂性進一步提高，獲得了鑄造合金無法達到的水平。由于熔池邊緣的強度普遍低于熔池內部，在不同斷裂測試方向上，裂紋發展機制受宏觀熔池結構影響較為明顯。
圖4. (a)不同加工參數材料的應力應變曲線(b)顯微結構表征參數與拉伸性能的關系
圖5. 不同加工參數材料在不同測試方向下的斷裂曲線和斷裂韌性。(a)層厚比較; (b)掃描間隙比較; (c)掃描策略比較; (d)斷裂方向比較; (e)綜合比較; (f)不同工況下材料的斷裂韌性JIC。
圖6. (a)長寬比小于0.3的晶粒; (b)柱狀晶粒的大小分布;(c)Al-Si 細胞結構和晶粒的關系; (d)在熔池邊緣處的納米壓痕硬度測試。
圖7. 在XZ方向上的斷裂分析表明裂紋發展不僅會穿過熔池，還會受熔池邊緣影響進而沿著熔池發展。
圖8. 在ZX方向上的斷裂分析表明裂紋主要沿著熔池邊緣發展。(f)為鑄造材料中的裂紋發展情況作為對比。
*感謝論文作者團隊對本文的大力支持。
本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。歡迎轉載請聯系，未經許可謝絕轉載至其他網站。
推薦閱讀：
北科：3D打印納米增強高Nb-TiAl合金
實用！
展開 COMSOL混凝土細觀單軸拉伸斷裂模擬基于相場損傷模型
相場斷裂理論
現階段在有限元框架下模擬裂紋擴展的數值分析方法主要有單元刪除法、界面單元法、擴展有限元 (XFEM)等；相場理論是通過在尖銳裂縫擴展的邊界引入0~1的相場來反映材料的損傷或斷裂程度，通過相場的控制方程來實現變量的演化。相場 (phase-field) 斷裂模型是一種彌散式裂紋模型，是基于傳統 Griffith理論, 通過能量平衡理論研究裂紋的擴展行為，與其他斷裂理論相比，相場理論具有便于描述裂紋的形成、分岔等復雜情況，網格敏感性較小等優點。
模型樣圖
建模采用的CAD模型樣圖可在下面鏈接下載：
https://www.yqgqt.org.cn/post/1787116
展開 