各向异性金属薄壳变形理论

　　《各向异性金属薄壳变形理论=Deformation Theory for Thin Shells of Anisotropic Metals》以各向异性金属薄壳为对象，面向薄壳流体介质压力成形等先进成形技术的变形特点和挑战，系统介绍各向异性金属薄壳塑性变形理论的新成果。在介绍金属各向异性屈服和本构模型概念的基础上，提出新的全应力域屈服准则，重点讨论各向异性金属本构模型参数确定与试验方法，以及各向异性金属薄壳力学性能和成形性能的测试理论和方法。

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目录
前言
第1章　概论　1
1.1　金属薄壳的定义及分类　1
1.2　金属薄壳成形技术及变形理论　1
1.2.1　金属薄壳成形技术及特点　1
1.2.2　各向异性金属薄壳变形理论的内涵　2
1.3　各向异性金属薄壳变形理论的研究现状　4
1.3.1　各向异性金属薄壳的本构模型　4
1.3.2　各向异性金属薄壳的成形极限　6
1.4　各向异性金属薄壳变形理论的新进展　8
第2章　各向异性金属薄壳的屈服准则　11
2.1　薄壁金属材料的各向异性　11
2.1.1　薄壁金属板材的各向异性　11
2.1.2　薄壁金属管材的各向异性　13
2.2　屈服准则的概念　13
2.3　各向异性特性的理论预测　15
2.3.1　单向拉伸屈服应力的预测　15
2.3.2　厚向异性系数的预测　16
2.4　经典各向异性屈服准则：Hill'48屈服准则　17
2.4.1　Hill'48屈服准则的参数确定　17
2.4.2　Hill'48屈服准则的预测特性　23
2.4.3　Hill'48屈服准则的不足　24
2.5　先进各向异性屈服准则　25
2.5.1　Barlat'89屈服准则　26
2.5.2　Yld2000-2d屈服准则　29
第3章　各向异性金属薄壳的本构模型　33
3.1　弹塑性本构关系及本构模型　33
3.1.1　弹塑性本构关系　33
3.1.2　本构模型的建立　34
3.2　加卸载准则　35
3.2.1　加卸载概念　35
3.2.2　单向应力状态下的加卸载　35
3.2.3　一般应力状态下的加卸载　35
3.3　各向异性金属薄壳的加载与硬化　36
3.3.1　加载条件　36
3.3.2　硬化规律与硬化模型　37
3.3.3　等向强化模型　37
3.4　各向异性金属薄壳的塑性流动　40
3.5　各向同性金属薄壳的本构关系　42
3.6　各向异性金属薄壳的本构关系　44
3.7　各向异性金属薄壳本构关系的应用　47
第4章　各向异性金属薄壳本构模型的参数确定　49
4.1　基于板状试样的本构模型参数确定　49
4.1.1　采用应力数据的模型参数确定方法　49
4.1.2　采用应变数据的模型参数确定方法　52
4.1.3　基于板状试样确定模型参数的缺点　56
4.2　基于管状试样的本构模型参数确定　56
4.2.1　正应力相关参数的确定　56
4.2.2　剪应力相关参数的确定　60
4.3　试验数据的选择组合及参数求解　60
4.3.1　试验数据的选择与组合　60
4.3.2　模型参数的求解方法　61
4.4　薄壁管单轴力学性能参数测定　62
4.4.1　轴向拉伸试验　62
4.4.2　环向拉伸试验　63
4.5　薄壁管双轴力学性能参数测定　68
4.5.1　双轴可控加载试验方法　68
4.5.2　双轴可控加载试验装置　72
4.5.3　双轴可控应力加载试验　76
4.6　薄壁管剪切力学性能参数测定　78
4.6.1　纯剪试验原理　78
4.6.2　剪切试样设计　79
4.6.3　剪切试验　81
第5章　各向异性金属薄壳全应力域本构模型及应用　83
5.1　各向异性铝合金薄壁管全应力域变形特性　83
5.1.1　全应力域屈服特性　83
5.1.2　全应力域流动特性　85
5.2　各向异性铝合金薄壁管变形特性理论预测　86
5.2.1　常用本构模型系数确定　86
5.2.2　屈服行为理论预测　87
5.2.3　流动行为理论预测　91
5.2.4　理论预测偏差原因　94
5.3　各向异性铝合金薄壁管全应力域新本构模型　95
5.3.1　全应力域本构模型构建　95
5.3.2　新本构模型的外凸性　97
5.3.3　新本构模型的系数确定　99
5.3.4　新本构模型的预测特性　103
5.3.5　新本构模型准确性验证　106
5.4　各向异性薄壁管全应力域本构模型的应用　110
5.4.1　本构模型有限元实现　110
5.4.2　内高压成形过程变形行为分析　113
5.5　基于本构模型的薄壁管各向异性参数测定　116
5.5.1　面内各向异性参数测定理论　117
5.5.2　典型薄壁管面内各向异性参数　123
第6章　各向异性金属薄板力学性能及成形极限　125
6.1　金属薄板性能测试方法　125
6.1.1　薄板胀形基本原理　125
6.1.2　线性加载：定边界约束凹模胀形　128
6.1.3　非线性加载：变边界约束凹模胀形　129
6.1.4　薄板胀形试验专用装置　131
6.2　不同加载条件下各向异性金属薄板的性能　132
6.2.1　材料和测试方案　132
6.2.2　线性和非线性加载下的变形规律　134
6.2.3　线性和非线性加载下的力学性能　139
6.2.4　线性和非线性加载下的成形极限　141
6.3　基于韧性断裂准则的成形极限理论预测　143
6.3.1　预测模型及参数确定　143
6.3.2　预测模型的特性分析　146
6.3.3　线性加载条件下的成形极限　148
6.3.4　非线性加载条件下的成形极限　149
第7章　各向异性金属薄壁管力学性能及成形极限　150
7.1　金属薄壁管性能测试方法　150
7.1.1　薄壁管轴向定约束胀形　150
7.1.2　薄壁管轴向变约束胀形　162
7.1.3　薄壁管双面加压胀形　163
7.2　轴向定约束状态薄壁管力学性能及成形极限　168
7.2.1　轴向定约束条件下的力学性能　168
7.2.2　基于轴向约束条件的成形极限图　170
7.3　轴向变约束状态薄壁管力学性能及成形极限　172
7.3.1　平面应力线性加载条件力学性能及成形极限　172
7.3.2　平面应力非线性加载条件成形极限　176
7.4　双面加压状态薄壁管力学性能及成形极限　178
7.4.1　三向应力状态力学性能　178
7.4.2　三向应力状态成形极限　180
7.5　环向壁厚非均匀薄壁管的成形极限　186
7.5.1　M-K模型中壁厚不均匀系数的定义　186
7.5.2　薄壁管偏心度对FLC的影响　188
7.5.3　铝合金挤压管的成形极限　190
参考文献　192
附录　国家标准　195
CONTENTS
Preface
Chapter 1　Introduction　1
1.1　Definition of thin shells of metals and its classification　1
1.2　Forming technology and deformation theory for thin shells of metals　1
1.2.1　Forming technology for thin shells of metals and its characters　1
1.2.2　Deformation theory for thin shells of anisotropic metals　2
1.3　State-of-the-art of deformation theory for thin shells of anisotropic metals　4
1.3.1　Constitutive model for anisotropic metals　4
1.3.2　Forming limit of thin shells of anisotropic metals　6
1.4　Recent developments in the deformation theory for thin shells of anisotropic metals　8
Chapter 2　Yield Criteria for Anisotropic Metals　11
2.1　Anisotropy of thin-walled metals　11
2.1.1　Anisotropy of thin-walled sheets　11
2.1.2　Anisotropy of thin-walled tubes　13
2.2　Concept of yield criterion 　13
2.3　Theoretical prediction of anisotropic properties　15
2.3.1　Prediction of uniaxial tension yield stress　15
2.3.2　Prediction of anisotropic coefficient　16
2.4　Classical anisotropic yield criterion: Hill'48 model　17
2.4.1　Parameter determination of Hill'48 model　17
2.4.2　Prediction characteristics of Hill'48 model　23
2.4.3　Limitation of Hill'48 model　24
2.5　Advanced anisotropic yield criteria　25
2.5.1　Barlat'89 model　26
2.5.2　Yld2000-2d model　29
Chapter 3　Constitutive Model for Anisotropic Metals　33
3.1　Elasto-plastic constitutive relationship and constitutive model　33
3.1.1　Elasto-plastic constitutive relationship　33
3.1.2　Construction of constitutive model　34
3.2　Loadingandunloadingcriteria　35
3.2.1　Concept of loadingandunloading　35
3.2.2　Loading and unloading under uniaxial stress state　35
3.2.3　Loading and unloading under general stress state　35
3.3　Loading and hardening of anisotropic metals　36
3.3.1　Loading condition　36
3.3.2　Hardening rule and hardening model　37
3.3.3　Isotropic hardening model　37
3.4　Plastic flow of anisotropic metals　40
3.5　Constitutive model for isotropic metals　42
3.6　Constitutive model for anisotropic metals　44