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本書結(jié)合作者近十余年在輕量化金屬板材成形領(lǐng)域的多項科研成果，聚焦學(xué)術(shù)界和企業(yè)廣為關(guān)注的汽車用輕量化金屬板材的力學(xué)行為與成形性能，詳細(xì)介紹了先進(jìn)高強(qiáng)度鋼、鋁合金等多種輕量化金屬板材的加工硬化行為、隨動硬化行為、屈服行為、頸縮成形極限、斷裂極限、邊部開裂、斷裂韌性等力學(xué)行為與關(guān)鍵成形性能，并闡述了相關(guān)理論基礎(chǔ)與當(dāng)前的進(jìn)展。書中根據(jù)近年來提出的先進(jìn)方法，依托豐富的試驗數(shù)據(jù)，講解了測試與表征輕量化金屬板材力學(xué)行為與成形性能的各種試驗方法、關(guān)鍵測試步驟及試驗數(shù)據(jù)的處理等內(nèi)容，拓展了對輕量化金屬板材力學(xué)行為與成形性能認(rèn)知的深度與廣度。
本書對汽車輕量化金屬板材成形制造的技術(shù)創(chuàng)新具有重要意義，為廣大汽車主機(jī)廠及其零部件供應(yīng)商、鋼鐵企業(yè)、鋁合金企業(yè)的工程技術(shù)人員，科研機(jī)構(gòu)從事輕量化材料研究的工作人員及高等院校從事相關(guān)研究的師生提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo)，對支撐金屬板材、汽車等行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步有重要參考價值。

由于節(jié)能減排和安全性等方面的要求，輕量化已經(jīng)成為汽車領(lǐng)域長期的研究主題，新能源汽車的輕量化需求尤為迫切。汽車輕量化的三大技術(shù)路線包括輕量化材料、輕量化設(shè)計和輕量化工藝。根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖20》，在未來15年內(nèi)，先進(jìn)高強(qiáng)度鋼和鋁合金等金屬板材仍然是車身的主要輕量化材料。掌握輕量化材料的力學(xué)行為與成形性能是進(jìn)行輕量化設(shè)計和拓展輕量化工藝的前提。
輕量化金屬板材與低碳鋼等傳統(tǒng)金屬板材相比，其力學(xué)行為和成形性能更加復(fù)雜和多樣化。此外，由于數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）技術(shù)的出現(xiàn)，近十年來金屬板材成形技術(shù)領(lǐng)域的表征技術(shù)發(fā)生了革命性的變化，使得人們能夠更深刻地認(rèn)識輕量化金屬板材的力學(xué)行為與成形性能，并不斷推動著成形制造技術(shù)、汽車輕量化技術(shù)的發(fā)展。因此，對輕量化金屬板材的力學(xué)行為與成形性能的研究意義重大。
本書結(jié)合了作者研究團(tuán)隊近十余年在輕量化金屬板材成形領(lǐng)域的多項科研成果，聚焦學(xué)術(shù)界和企業(yè)均廣為關(guān)注的汽車用輕量化金屬板材的力學(xué)行為與成形性能，詳細(xì)介紹了先進(jìn)高強(qiáng)度鋼、鋁合金等多種輕量化金屬板材的加工硬化行為、隨動硬化行為、屈服行為、頸縮成形極限、斷裂極限、邊部開裂、斷裂韌性等力學(xué)行為與關(guān)鍵成形性能，并闡述了相關(guān)理論基礎(chǔ)與當(dāng)前的進(jìn)展。書中根據(jù)近年來提出的先進(jìn)表征方法，依托豐富的試驗數(shù)據(jù)，講解了測試與表征輕量化金屬板材力學(xué)行為與成形性能的各種試驗方法、關(guān)鍵測試步驟以及試驗數(shù)據(jù)的處理等內(nèi)容，拓展了對輕量化金屬板材力學(xué)行為與成形性能認(rèn)知的深度與廣度。
閔峻英教授負(fù)責(zé)本書所有章節(jié)的邏輯框架制定、內(nèi)容選擇及全文修訂，林建平教授、連昌偉博士為本書撰寫提供了寶貴的修改意見及一線資料。本書的撰寫得到了課題組博士后和諸多研究生的支持，侯澤然、郭楠、劉張、侯勇、申逸菲、孔婕、王文垚分別作為參與人員完成了本書第1～8章的撰寫，何睿參與了第1章的撰寫，侯澤然和劉張也參與了附錄的撰寫。
本書的主要研究成果得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目重點(diǎn)基礎(chǔ)材料技術(shù)提升與產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)專項高性能超高強(qiáng)度汽車用鋼（項目編號2017YFB0304400）、寶山鋼鐵股份有限公司、美國通用汽車全球研發(fā)中心、通用汽車中國科學(xué)研究院、泛亞汽車技術(shù)中心有限公司等的資助。
本書對汽車輕量化金屬板材成形制造的技術(shù)創(chuàng)新具有重要意義，為廣大汽車主機(jī)廠及其零部件供應(yīng)商、鋼鐵企業(yè)、鋁合金企業(yè)的工程技術(shù)人員，科研機(jī)構(gòu)從事輕量化材料研究的工作人員及高等院校從事相關(guān)研究的師生提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo)，對支撐金屬板材、汽車等行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步有重要參考價值。
后，由于筆者水平有限，且先進(jìn)表征技術(shù)也在快速發(fā)展過程中，如有紕漏和不足之處，懇請大家批評指正。

閔峻英

序
前言
第1章緒論1
11輕量化金屬材料1
12金屬板材成形的基礎(chǔ)力學(xué)理論6
121應(yīng)力分析6
122應(yīng)變分析10
123應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系12
13金屬板材的成形性能14
131加工因素14
132材料因素15
133常見成形缺陷15
134成形性能15
14DIC技術(shù)與先進(jìn)力學(xué)表征測試方法概述17
141DIC技術(shù)概述17
142基于DIC的先進(jìn)力學(xué)表征測試方法概述19
15有限元仿真及材料模型22
151有限元仿真在金屬板材成形中的應(yīng)用22
152有限元仿真中的材料模型23
參考文獻(xiàn)25
第2章金屬板材的加工硬化行為及其表征28
21加工硬化行為28
211加工硬化理論28
212加工硬化階段29
213加工硬化模型30
22表征測試方法32
221單向拉伸試驗32
222液壓脹形試驗34
223剪切試驗34
224面內(nèi)扭轉(zhuǎn)試驗36
225彎曲試驗38
23試驗數(shù)據(jù)處理40
231單向拉伸試驗40
232液壓脹形試驗41
233剪切試驗43
234面內(nèi)扭轉(zhuǎn)試驗44
235彎曲試驗44
24模型標(biāo)定方法46
參考文獻(xiàn)49
第3章金屬板材的隨動硬化行為及其表征51
31隨動硬化行為51
311隨動硬化現(xiàn)象51
312隨動硬化模型52
32表征測試方法56
321拉伸壓縮試驗57
322剪切反剪切試驗59
323面內(nèi)扭轉(zhuǎn)反扭轉(zhuǎn)試驗60
324彎曲反彎曲試驗61
33試驗數(shù)據(jù)處理62
331應(yīng)變的獲取63
332應(yīng)力應(yīng)變曲線64
333側(cè)向力的修正64
34YU模型參數(shù)標(biāo)定65
341標(biāo)定方法與流程66
342參數(shù)標(biāo)定策略68
參考文獻(xiàn)74
第4章金屬板材的屈服行為及其表征76
41屈服行為76
42表征測試方法79
421脹形試驗80
422雙向拉伸試驗82
423疊層壓縮試驗85
43試驗數(shù)據(jù)處理88
431雙向拉伸試驗數(shù)據(jù)處理88
432屈服軌跡獲取90
44屈服模型參數(shù)標(biāo)定90
441二階屈服模型的參數(shù)標(biāo)定90
442高階屈服模型的參數(shù)標(biāo)定91
參考文獻(xiàn)94
第5章金屬板材的頸縮成形極限及其表征100
51頸縮失穩(wěn)行為與成形極限100
511頸縮失穩(wěn)行為100
512成形極限的理論計算模型101
513成形極限的半經(jīng)驗計算模型105
52表征測試方法107
521Marciniak試驗和Nakazima試驗107
522液壓脹形試驗109
523十字試樣雙向拉伸試驗110
524雙向拉伸球頭脹形復(fù)合試驗110
525成形極限的簡化試驗方案111
53試驗數(shù)據(jù)處理113
531網(wǎng)格分析法113
532基于DIC技術(shù)的方法115
54成形極限的影響因素及其修正122
541非線性應(yīng)變路徑的影響122
542板材彎曲（或曲率）的影響123
543厚向壓應(yīng)力的影響124
參考文獻(xiàn)127
第6章金屬板材的斷裂極限及其表征131
61斷裂行為與斷裂極限131
611斷裂的類型131
612相關(guān)概念的介紹132
613斷裂模型的分類134
62表征測試方法137
621簡單剪切斷裂試驗137
622面內(nèi)扭轉(zhuǎn)試驗139
623單向拉伸斷裂試驗141
624平面應(yīng)變斷裂試驗142
625等雙向拉伸斷裂試驗146
626變應(yīng)變（重復(fù)加載）路徑斷裂試驗146
63試驗數(shù)據(jù)處理153
631斷裂極限應(yīng)變的確定153
632斷裂模型的標(biāo)定155
64邊部斷裂敏感性及其表征156
641表征測試方法157
642數(shù)據(jù)處理161
參考文獻(xiàn)163
第7章金屬板材的斷裂韌性及其表征168
71斷裂韌性168
72表征測試方法169
721疊層沖擊試驗169
722三點(diǎn)尖冷彎試驗171
723三點(diǎn)尖冷彎主應(yīng)變的在線DIC測量176
724三點(diǎn)尖冷彎厚向應(yīng)變的在線DIC測量176
725三點(diǎn)尖冷彎的離線DIC測量177
73數(shù)據(jù)處理178
731疊層沖擊178
732三點(diǎn)尖冷彎常規(guī)數(shù)據(jù)處理179
733在線DIC數(shù)據(jù)處理180
734斷裂應(yīng)變的離線測量181
735離線DIC數(shù)據(jù)處理183
74斷裂應(yīng)變測量方法的比較與總結(jié)184
參考文獻(xiàn)184
第8章輕量化金屬板材成形數(shù)值模擬185
81U形件回彈數(shù)值模擬185
811MP980鋼U形件回彈數(shù)值模擬186
812QP980鋼U形件回彈數(shù)值模擬189
82M形件回彈數(shù)值模擬193
821有限元模型及邊界條件194
822QP1500鋼M形件回彈量測定方法195
823不同應(yīng)變范圍曲線標(biāo)定的YU模型參數(shù)對回彈仿真的影響196
824不同加載順序曲線標(biāo)定的YU模型參數(shù)對回彈仿真的影響197
83某車型A柱成形數(shù)值模擬198
831有限元仿真模型介紹198
832試模試驗結(jié)果與仿真結(jié)果對比（板料形狀調(diào)整之前）199
833試模試驗結(jié)果與仿真結(jié)果對比（板料形狀調(diào)整之后）202
84柔性成形數(shù)值模擬203
841有限元模型及工具頭運(yùn)動軌跡生成203
842工具頭運(yùn)動軌跡策略對漸進(jìn)成形的影響204
843定殘余高度軌跡的試驗驗證205
85薄壁構(gòu)件軸向壓潰數(shù)值模擬206
851有限元模型及邊界條件207
852仿真結(jié)果208
86基于GISSMO斷裂模型的零件三點(diǎn)彎曲數(shù)值模擬209
861GISSMO模型介紹210
862GISSMO有限元模型參數(shù)標(biāo)定210
863網(wǎng)格正則化210
864GISSMO模型準(zhǔn)確性驗證212
參考文獻(xiàn)214
附錄216
附錄A典型雙相鋼（DP）力學(xué)表征測試結(jié)果216
A1靜態(tài)力學(xué)性能216
A11加工硬化行為216
A12隨動硬化模型參數(shù)217
A13屈服軌跡與屈服模型218
A2動態(tài)力學(xué)性能219
A3成形性能220
A31成形極限220
A32邊部斷裂敏感性220
A4應(yīng)用案例220
附錄B典型淬火延性鋼（QP）力學(xué)表征測試結(jié)果221
B1靜態(tài)力學(xué)性能221
B11加工硬化行為221
B12隨動硬化模型參數(shù)222
B13屈服軌跡與屈服模型222
B2動態(tài)力學(xué)性能223
B3成形性能224
B31成形極限224
B32斷裂極限224
B33邊部斷裂敏感性225
B4應(yīng)用案例225
附錄C典型鋁合金（AA）力學(xué)表征測試結(jié)果225
C1靜態(tài)力學(xué)性能225
C11加工硬化行為225
C12屈服軌跡與屈服模型226
C2成形性能227
C3應(yīng)用案例227

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