从网格法到全场像素：DIC 技术重塑汽车板料成形极限（FLC）测量标准

新材料在汽车车身及安全件上的应用是实现汽车轻量化的主要方向。相变诱导的高强度与高成形性的结合是汽车零部件高性能成形制造的关键。然而新型材料在不同加载条件下的硬化曲线存在极大差异板料在零部件成形过程中往往会经历复杂的应变路径对现有的力学表征方法和经典本构模型提出了新的挑战与要求。因此亟需先进的表征方法进行精确测定与准确描述以实现对冲压成形过程各种缺陷如起皱、回弹、颈缩及断裂行为等进行分析。新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统基于数字图像相关法(DIC)可记录材料全历程的变形历史提供更丰富的表面应变分布信息可评估材料的成形性能并基于DIC方法给出评估材料成形性的合适指标。在汽车零部件冲压生产过程中成形极限是冲压过程中一个非常重要的表征参数它反映了板料在塑性失稳前所能达到的最大变形程度是各种不同成形工序能否顺利成形的重要依据。DIC技术用于板材成形极限测试成形极限在板材成形、冲压工艺中发挥着至关重要的作用主要有以下几方面1评定板材局部成形性能2判断设计的模具结构冲压工艺是否可行3解决选材问题及毛坯确定4对冲压生产进行监控5判断数值模拟中板料失稳。板料成形极限FLC分析建立在材料屈服准则和塑性本构关系之上同时以拉伸失稳准则为颈缩或破裂判断的依据来进行计算。但由于每种准则使用范围有限使得理论计算与试验结构之间存在一定的偏差。采用新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统结合Nakazima成形实验DIC技术可进行材料冲压成形过程的动态监控分析汽车板料在冲压成型过程中表面整体的瞬时位移场和应变场并可精准分析局部颈缩的极限状态。DIC技术用于板料成形极限测试实验采用Nakazima实验凸模冲压带有网格的板料直至出现颈缩或破裂。凸模冲压过程会改变板料的尺寸XTDIC三维全场应变测量系统可以实时观测板材的应变状态DIC软件通过计算分析可获得不同应变路径下的极限应变从而制作出完整的成形极限FLC曲线。凸模冲压试验机上方单元开放方便XTDIC三维全场应变测量系统进行图像采集并在试验机平台上预留接口保证悬臂梁机构的架设XTDIC三维全场应变测量系统与悬臂梁配合实现俯拍保证实验的顺利进行。01板材成形极限测试试样准备测试对象为某种合金材料厚度为2mm按照国标要求进行加工并在样件表面制备散斑。02DIC测量系统搭建将XTDIC三维全场应变测量系统主体安装到悬臂梁上。在球头顶部、试样背面涂抹润滑脂裁剪一块薄膜粘满润滑脂后放置于球头表面形成双润滑作用然后将试样放置于实验平台内。03试验加载采集实验中设置压边力为200KN冲头速度1mm/sXTDIC三维全场应变测量系统相机采集速度为20帧/秒。球头与式样接触上后开始采集直到破坏。04实验数据分析采集数据完毕后XTDIC三维全场应变测量系统搭配的DIC软件自动生成三维变形云图包括破裂临界时的形貌和离面位移场、主应变场。DIC软件中选择“截线拾取”可画取垂直于裂缝的截线并绘制相应曲线确定板料成型过程的极限。新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统在材料成形极限领域的应用它无需预判破裂位置能一次完成多方向应变量的测量能够自动提取关键信息并生成Major strain——Minor strain曲线的数据点适用于线性应变路径和非线性应变路径的极限成形试验数据测量。DIC技术可提供精确的实验数据助力汽车产业优化结构设计和材料选择从而有效降低产品的重量同时保持或提高产品的性能和安全性。