1 前言 近年來(lái)，汽車(chē)外觀設(shè)計(jì)中銳利線條和復(fù)雜形狀日益增加，使外板件成形時(shí)易出現(xiàn)表面褶皺等缺陷，需依賴感官評(píng)價(jià)檢測(cè)。現(xiàn)有板材成形仿真廣泛采用基于各向異性屈服函數(shù)的本構(gòu)模型，但在描述IF鋼（無(wú)間隙原子鋼）等在雙軸拉伸條件下表現(xiàn)出的更強(qiáng)加工硬化行為時(shí)存在局限，傳統(tǒng)宏觀模型難以充分再現(xiàn)。為此，本研究借助晶體塑性分析方法，探究IF鋼在比例加載路徑下的各向異性硬化行為，從滑移系幾何配置、活動(dòng)數(shù)量及相互作用微觀機(jī)制出發(fā)，揭示宏觀變形特性與微觀結(jié)構(gòu)演化之間的關(guān)系。
2 雙軸拉伸分析 本研究采用晶體塑性有限元法（CPFEM）和Alamel模型，定量分析晶體取向、晶粒相互作用、不均勻變形及滑移系活動(dòng)對(duì)變形行為的影響。 所用模型基于Hoc和Forest提出的理論框架。分析模型基于SEM-EBSD獲取的組織圖像數(shù)據(jù)，將晶體取向信息與有限元網(wǎng)格融合，各單元均被賦予實(shí)測(cè)的晶體取向。坐標(biāo)系設(shè)定為：x（軋向RD）、y（橫向TD）、z（法向ND）。雙軸拉伸通過(guò)在x和y端面施加壓力實(shí)現(xiàn)。 圖1展示了單軸拉伸（x軸方向）與等雙軸應(yīng)力條件下的應(yīng)力比，以及各向同性試驗(yàn)值。CPFEM模型應(yīng)力值較高但再現(xiàn)了應(yīng)力升高趨勢(shì)，Alamel模型也有效再現(xiàn)了各向異性硬化行為。
3 活動(dòng)滑移系與各向異性硬化行為的關(guān)系 晶體塑性有限元法（CPFEM）與Alamel模型的核心差異在于對(duì)滑移系間相互作用（潛在硬化）的處理方式，這可能是導(dǎo)致兩者硬化行為預(yù)測(cè)差異的重要因素。為表征潛在硬化強(qiáng)度，本研究以激活滑移系的數(shù)量作為指標(biāo)。 圖2展示了晶體塑性有限元分析結(jié)果，在變形初期，單軸拉伸與等雙軸拉伸條件下的激活滑移系數(shù)量基本一致，但隨著變形推進(jìn)，等雙軸拉伸下活動(dòng)的滑移系數(shù)量顯著增多。通常認(rèn)為，活動(dòng)滑移系的數(shù)量越多，越容易產(chǎn)生潛在硬化。由于潛在硬化在整體硬化中常占主導(dǎo)，等雙軸拉伸因而表現(xiàn)出比單軸拉伸更顯著的加工硬化現(xiàn)象。 活動(dòng)滑移系數(shù)量受滑移系晶體取向和織構(gòu)的不同而發(fā)生變化。為此，本研究通過(guò)數(shù)值模擬虛擬調(diào)整織構(gòu)類型，系統(tǒng)評(píng)估了織構(gòu)對(duì)各向異性硬化行為的作用?；谇笆鲇邢拊Ｐ脱芯拷Y(jié)果，采用了隨機(jī)取向織構(gòu)及{111}、{001}、{101}、{214}、{324}面織構(gòu)（所有織構(gòu)與鋼板法向夾角均小于5°）。 為量化各向異性硬化程度，定義指標(biāo)X為等雙軸方向點(diǎn)至原點(diǎn)的距離在等塑性功面上εp0 = 0.005與εp0 = 0.04時(shí)的比值，并推測(cè)其與激活滑移系數(shù)量相關(guān)。進(jìn)一步計(jì)算了εp0在0.005至0.04區(qū)間內(nèi)的平均活動(dòng)滑移系數(shù)量比值（等雙軸/單軸）。圖3展示了由此獲得的X與滑移系數(shù)量比之間的關(guān)系，{111}織構(gòu)下X表現(xiàn)為等塑性功面擴(kuò)張，而{101}或{214}織構(gòu)下X接近1，呈收縮趨勢(shì)。滑移系的活動(dòng)比與各向異性硬化量之間存在良好的相關(guān)性。 各向異性硬化行為的產(chǎn)生，主要源于IF鋼中特征性{111}織構(gòu)（γ纖維）或較多的{001}織構(gòu)，從幾何上促使等雙軸拉伸比單軸拉伸激活更多滑移系，引發(fā)更強(qiáng)潛在硬化，從而導(dǎo)致各向異性硬化。
4 結(jié)論 本研究通過(guò)晶體塑性有限元分析，探討了IF鋼在數(shù)值塑性范圍內(nèi)觀察到的各向異性硬化行為的機(jī)理。指出在單軸和等雙軸拉伸中，由于激活滑移系數(shù)量的差異導(dǎo)致潛在硬化影響程度不同，可能是各向異性硬化產(chǎn)生的原因。各向異性硬化與晶體織構(gòu)有關(guān)，在{111}晶體織構(gòu)占多數(shù)的IF鋼中，該現(xiàn)象尤為明顯。
