基于Chaboche理论的非比例加载下TRIP钢硬化模型研究

TRIP钢是集高强度与优良塑性于一体的理想汽车用高强度钢板。它具有"相变诱发塑性"（Transformation Induced Plasticity）效应，即塑性变形过程中残余奥氏体向马氏体转变时引入相变强化和塑性增长。卸载后回弹严重是TRIP钢应用中的主要问题。.本项目以探索TRIP钢硬化机理、提高回弹分析精度为研究背景，针对目前TRIP钢回弹分析中缺少考虑相变诱发塑性效应的硬化模型的问题，通过分析塑性变形中组成相及相变诱发塑性效应对TRIP钢硬化的贡献度，以微观位错运动与宏观力学性能的内在联系为桥梁，揭示TRIP钢硬化机理，研究非比例加载路径下背应力与塑性应变累积的关系，基于Chaboche硬化理论构造描述TRIP钢硬化行为的背应力计算表达式，提出TRIP钢的非线性混合硬化模型。为TRIP钢回弹的准确预测和有效控制提供理论依据，也为推广TRIP钢板在汽车中的应用提供指导。

TRIP高强度钢板是一种具有高强度且同时具有优良塑性的钢板，但回弹问题严重。由于缺乏合适的硬化模型导致回弹预测精度低于实际要求，使得TRIP钢板并没有得到应有的应用。为此，本项目以提高TRIP高强度钢板回弹仿真精度为出发点，以建立考虑TRIP钢材料特性和实际加载路径复杂性的硬化模型为目标，对TRIP钢在非比例加载路径下的硬化机理、基于Chaboche非线性随动理论建立描述TRIP钢随动硬化行为的背应力计算表达式、建立TRIP钢的混合硬化模型并提出混合硬化模型的使用规范等主要内容进行了研究。获得了如下主要成果：(1)揭示了TRIP钢的随动硬化机理主要在于两个因素：TRIP钢在塑性成形过程中发生的相变会影响微观组织的相对分布、相变产物马氏体对位错有钉扎和改变位错线长度作用；TRIP钢相变诱发塑性效应强依赖于加载路径。(2)TRIP钢具有典型的包辛格效应、瞬态硬化和永久软化的随动硬化特征。在Chaboche理论的基础上，将TRIP钢的背应力分为3项，第一项为遵从Armstrong-Freideric非线性随动硬化，第2项为遵从Prager线性随动硬化，第3项为考虑TRIP效应对随动硬化背应力的贡献项，建立了背应力方程。(3)各向同性硬化部分采用Voce的非线性各向同性硬化准则，建立了TRIP钢的混合硬化准则和模型，并编写了基于ABAQUS软件的硬化模型的子程序UMAT，对模型使用过程中的参数确定方法和仿真规范进行了归纳总结。项目研究成果已发表了17篇学术论文和发明专利1项，其中已被SCI和EI检索10篇。培养研究生9名。本项目研究成果可为TRIP 钢回弹的准确预测和有效控制提供理论依据，对标准考题U形件的回弹预测精度可提高18%，所建立的硬化模型和回弹仿真规范已在部分企业得到成功应用，这将为推广TRIP 钢板在汽车中的应用提供推动作用。