铝合金板材电致塑性渐进成形破裂的预测方法及预测系统与流程

本申请涉及铝合金塑性成形技术领域，尤其涉及一种铝合金板材电致塑性渐进成形破裂的预测方法及预测系统。

背景技术：

板材渐进成形是一种新兴的板材塑性加工工艺，以自动化程度高、无需模具、成形力小等工艺优势，在汽车制造、航空航天、医疗、艺术雕刻、日用五金等领域已得到广泛应用。但是在渐进成形过程中，板材由于受拉失稳易产生破裂缺陷，大大增加了目标制件的废品率，已成为制约板材渐进成形技术发展的瓶颈之一。

为了改进板材渐进成形工艺，目前开始在板材渐进成形工艺中通入电流并研究材料的电致塑性效应的影响。电致塑性效应是材料在电(包括脉冲电流、电子束、电场等电刺激)的作用下，发生的变形抗力降低、塑性增强的一种现象。电致塑性效应是焦耳热效应、磁压缩效应，集肤效应及纯电塑性效应等多种物理效应共同作用的结果，利用电致塑性效应，不但能够降低流动应力，提高材料塑性，在一定程度上改善制品的组织性能，同时可以避免加热和热处理的不足之处。

目前在板材成形前先通过数值模拟预测板料在渐进成形过程中的破裂行为，成为指导板料生产工艺和渐进成形工艺的重要参考。但由于影响铝合金板料电致塑性渐进成形破裂的因素是多种多样的且与铝合金的材料特性直接相关，因此现存的不考虑电致塑性效应的常规渐进成形的数值模拟方案，无法应用于电致塑性渐进成形的数值模拟，同时也无法套用别的材料，如钢、钛合金板料的渐进成形数值模拟方案，否则铝合金板料通过数值模拟预测的断裂行为与实际成形时的断裂行为之间存在很大的误差。

技术实现要素：

本发明提供了一种铝合金板材电致塑性渐进成形破裂的预测方法及预测系统，以解决或者部分解决铝合金板料的电致塑性渐进成形破裂行为的数值模拟预测结果与实际成形时的破裂行为之间存在明显误差的技术问题。

为解决上述技术问题，根据本发明一个可选的实施例，提供了一种铝合金板材电致塑性渐进成形破裂的预测方法，包括：

获取铝合金板材电致塑性渐进成形的基础参数和成形电流；

构建有限元分析模型，所述有限元分析模型包括铝合金板材网格模型和工具头模型；

在所述工具头模型上施加载荷和所述成形电流，根据所述基础参数，对所述铝合金板材网格模型进行渐进成形数值分析，获得所述铝合金板材网格模型中每个节点的等效应变、应变速率、电流密度、静水应力和等效应力；

根据所述电流密度和所述应变速率，确定每个节点基于oyane韧性破裂准则的材料系数；

根据每个节点的所述材料系数、所述静水应力、所述等效应力、所述等效应变和所述oyane韧性破裂准则，确定每个节点的韧性破裂积分值；

根据所述每个节点的韧性破裂积分值，确定所述铝合金板材在所述电致塑性渐进成形中的破裂行为。

可选的，所述材料系数包括第一材料系数和第二材料系数；

所述oyane韧性破裂准则的数学式为：

其中，i为所述韧性破裂积分值；

c1为所述第一材料系数；

c2为所述第二材料系数；

为等效应变；

为破裂时的等效应变；

σm为所述静水应力，单位为mpa；

为所述等效应力，单位为mpa。

进一步的，所述根据所述电流密度和所述应变速率，确定每个节点基于oyane韧性破裂准则的材料系数，具体包括：

根据下述公式，确定所述第一材料系数c1：

其中，为应变速率，单位为s^-1；

j为电流密度，单位为a/mm²；

a1的取值范围为[-1.1,-1.0]，a2的取值范围为[0.7,0.8]，a3的取值范围为[0.01,0.05]，a4的取值范围为[0.02,0.10]。

进一步的，所述根据所述电流密度和所述应变速率，确定每个节点基于oyane韧性破裂准则的材料系数，具体包括：

根据下述公式，确定所述第二材料系数c2：

其中，为应变速率，单位为s^-1；

j为电流密度，单位为a/mm²；

b1的取值范围为[-0.1,-0.001]，b2的取值范围为[0.5,0.7]，b3的取值范围为[0.0001,0.01]，b4的取值范围为[-0.001,-0.01]。

如上述的技术方案，所述根据所述每个节点的韧性破裂积分值，确定所述铝合金板材在所述电致塑性渐进成形中的破裂行为，具体包括：

若韧性破裂积分值大于等于1，确定所述铝合金板材的对应节点位置处破裂；

若韧性破裂积分值小于1，确定所述铝合金板材的对应节点位置处安全。

可选的，在根据每个节点的所述材料系数、所述静水应力、所述等效应力、所述等效应变和所述oyane韧性破裂准则，确定每个节点的韧性破裂积分值之后，所述预测方法还包括：

根据所有节点的韧性破裂积分值，确定所述铝合金板材的韧性破裂积分值分布云图。

可选的，所述基础参数包括铝合金板材的材料性能参数、目标制件的结构参数，以及渐进成形时工具头的空间运行轨迹；

所述根据所述基础参数，对所述铝合金板材网格模型进行渐进成形数值分析，获得所述铝合金板材网格模型中每个节点的等效应变、应变速率、电流密度、静水应力和等效应力，具体包括：

根据所述材料性能参数定义所述铝合金板材网格模型的节点属性；

确定所述铝合金板材网格模型的边界条件；

对所述工具头模型施加载荷和所述成形电流，根据所述目标制件的结构参数、所述工具头的空间运行轨迹和所述边界条件，对所述铝合金板材网格模型进行渐进成形数值分析，获得所述铝合金板材网格模型中每个节点的等效应变、应变速率、电流密度、静水应力和等效应力。

进一步的，所述工具头的空间运行轨迹的确定方法为：

获取工具头在三维空间内的运动参数，所述运动参数包括工具头的初始位置、角速度、进给速度和成形角；

根据所述工具头的运动参数，计算所述工具头的空间运动轨迹；所述空间运动轨迹包括所述工具头在x轴方向的位移与时间的第一映射关系，y轴方向的位移与时间的第二映射关系和z轴方向的位移与时间的第三映射关系。

根据本发明又一个可选的实施例，还提供了一种铝合金板材电致塑性渐进成形破裂的预测系统，包括：

获取模块，用于获取铝合金板材电致塑性渐进成形的基础参数和成形电流；

有限元分析模块，用于构建有限元分析模型，所述有限元分析模型包括铝合金板材网格模型和工具头模型；以及在所述工具头模型上施加载荷和所述成形电流，根据所述基础参数，对所述铝合金板材网格模型进行渐进成形数值分析，获得所述铝合金板材网格模型中每个节点的等效应变、应变速率、电流密度、静水应力和等效应力；

第一确定模块，用于根据所述电流密度和所述应变速率，确定每个节点基于oyane韧性破裂准则的材料系数；

第二确定模块，用于根据每个节点的所述材料系数、所述静水应力、所述等效应力、所述等效应变和所述oyane韧性破裂准则，确定每个节点的韧性破裂积分值；

第三确定模块，用于根据所述每个节点的韧性破裂积分值，确定所述铝合金板材在所述电致塑性渐进成形中的破裂行为。

可选的，预测系统还包括：

可视化分析模块，用于根据所有节点的韧性破裂积分值，确定所述铝合金板材的韧性破裂积分值分布云图。

通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供了一种铝合金板材电致塑性渐进成形破裂的预测方法，通过在有限元软件中建立分析模型，通过对分析模型进行电致塑性渐近成形的有限元数值分析，输出输出铝合金板材网格模型中每个节点的等效应变、应变速率、电流密度、静水应力和等效应力，接下来，根据电流密度和所述应变速率，确定每个节点的oyane韧性破裂准则的材料系数，然后再结合静水应力、等效应力、等效应变计算每个节点的韧性破裂积分值，根据所有节点的韧性破裂积分值预测铝合金板材在所述电致塑性渐进成形中的破裂行为；上述方法通过将应变速率、电流密度引入到基于oyane韧性破裂准则的材料系数中，由此获得考虑了应变速率和电流密度的铝合金板材电致塑性渐进成形韧性破裂准则，根据铝合金板材电致塑性渐进成形韧性破裂准则计算得到的韧性破裂积分值能够更准确的反映应变速率和电流密度对铝合金板材在成形过程中各个节点位置的损伤或破坏程度，从而提高了铝合金板材电致塑性渐进成形的破裂行为的预测精度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的铝合金板材电致塑性渐进成形破裂的预测方法流程示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的铝合金板材的目标制件的结构示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的工具头在三维空间内的运动轨迹示意图；

图4示出了根据本发明一个实施例的工具头1在x、y、z方向上的加载曲线；

图5示出了根据本发明一个实施例的工具头2在x、y、z方向上的加载曲线；

图6示出了根据本发明一个实施例的铝合金板材的有限元数值模型示意图；

图7示出了根据本发明一个实施例的韧性破裂积分值计算流程图；

图8示出了根据本发明一个实施例的韧性破裂积分值的分布云图；

图9示出了根据本发明一个实施例的变形区域关键节点选取方式示意图；

图10示出了根据本发明一个实施例的变形区域关键节点的韧性破裂积分值的分布曲线；

图11示出了根据本发明一个实施例的铝合金板材电致塑性渐进成形破裂的预测系统示意图；

图12示出了根据本发明一个实施例的包括可视化分析模块的的预测系统示意图。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。除非另有特别说明，本发明中用到的各种设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

通常来说，铝合金板材受拉失稳易产生破裂缺陷的问题，特别是在铝合金板材的损伤或破坏程度的定量判断和预测方面，人们大多以韧性破裂准则为判断依据进行分析，但是由于板材电致塑性渐进成形过程的复杂性，使得预判结果未能真实反映铝合金板材电致塑性渐进成形过程中破裂缺陷产生的机制和过程。

研究表明，之所以电致塑性渐进成形数值模中的破裂行为难以准确预测，一方面是因为铝合金的电致塑性效应，流过金属变形截面的高密度运动电子与材料内部原子发生碰撞，增加了原子动能，从而增加材料位错激活能，促进动态再结晶，抑制断裂空洞的产生，提高材料塑性变形能力，故而电致塑性效应与流经金属变形截面的电流密切相关；另一方面，在铝合金电致塑性渐进成形过程中，应变速率将对铝合金板材的力学性能，尤其是对断裂应变、应力三轴度(即静水应力与等效应力之比)等力学性能参数产生显著的影响，而断裂应变、应力三轴度在渐进成形过程中与板料的破裂行为直接相关。故而，为了准确预测铝合金板材在电致塑性渐进成形中的破裂过程或破裂行为，在材料的韧性破裂准则中需要同时考虑应变速率和电流密度的影响。

另一方面，由于电致塑性渐进成形中增加了电流的作用，在电流的热效应下其属于温热成形，在成形过程中耦合了电场和温度场的相互作用；而常规的渐进成形属于常温成形，在数值模拟过程中不考虑成形发热的问题，因此现有的常规渐进成形的有限元数值模拟方案无法应用于电致塑性渐进成形。

基于上述的研究分析，为了解决铝合金电致塑性渐进成形的破裂行为预测难题，在一个可选的实施例中，如图1所示，提供了一种铝合金板材电致塑性渐进成形破裂的预测方法，包括：

s1：获取铝合金板材电致塑性渐进成形的基础参数和成形电流；

具体的，基础参数是进行渐进成形有限元数值模拟所需要的输入参数，其包括：所述基础参数包括铝合金板材的材料性能参数、目标制件的结构参数，以及渐进成形时工具头的空间运行轨迹，若需要还可以包括其它的参数。其中，目标制件是指铝合金板材渐进成形后的零部件，因此目标制件的结构参数是指它的结构尺寸。材料性能参数是指铝合金材料在电致塑性渐进成形的数值模拟所需要的性能数据，包括材料的弹性模量、泊松比、密度、抗拉强度和屈服强度等。

在电致塑性的渐进成形加工过程的有限元模拟过程中，需要确定成形工具头的空间运行轨迹和成形电流；其中，成形电流决定铝合金板材在渐近成形过程中各个位置处的电流密度；而空间运行轨迹为工具头在三维空间内的运动轨迹。空间运行轨迹可以用工具头在空间坐标系的x、y、z三个方向上的位移-时间加载曲线进行描述。一种可选的空间运行轨迹的确定方法为：

s11：获取工具头在三维空间内的运动参数，所述运动参数包括工具头的初始位置、角速度、进给速度和成形角；

s12：根据所述工具头的运动参数，计算所述工具头的空间运动轨迹；所述空间运动轨迹包括所述工具头在x轴方向的位移与时间的第一映射关系，y轴方向的位移与时间的第二映射关系和z轴方向的位移与时间的第三映射关系。

具体的，可利用matlab软件，对工具头在预设加工运动方式下的运动轨迹进行编程，并将数据导出后进行相关处理，再导入有限元软件中的数据表，利用工具头在运动过程中位移与时间之间的关系，进一步实现对工具头在电致塑性的渐进成形加工过程中的空间运动轨迹的精确控制。

s2：构建有限元分析模型，所述有限元分析模型包括铝合金板材网格模型和工具头模型；

s3：在所述工具头模型上施加载荷和所述成形电流，根据所述基础参数，对所述铝合金板材网格模型进行渐进成形数值分析，获得所述铝合金板材网格模型中每个节点的等效应变、应变速率、电流密度、静水应力和等效应力；

具体的，可在非线性有限元分析软件，如msc.marc、abaqus等软件中构建有限元分析模型。根据电致塑性渐进成形的加工特点，有限元分析模型中包括铝合金板材模型、工具头模型，以及压边圈模型等。一种可选的建模和分析的详细方案如下：

s21：对所述铝合金板材模型进行网格划分，获得包括n个节点的铝合金板材网格模型，n>2且为整数；

在进行网格划分时，为了提高计算精度，可以选择划分方形网格，每个方形网格的边长为1.5～4mm。以400×400mm的板料为例，可以将其划分为12800个边长为2.5mm的方形网格。

s31：根据所述材料性能参数定义所述铝合金板材网格模型的节点属性；确定所述铝合金板材网格模型的边界条件；

网格划分完成后，根据铝合金板材的材料性能参数，定义每个节点的材料属性，然后结合电致塑性渐进成形的加工特点，铝合金板材通过螺栓固定在车床主轴的卡盘，因此，可以通过将铝合金板材网格模型的四周节点完全限值，作为边界约束条件。

在对模型进行网格划分、定义节点的材料属性、确定了边界条件之后，接下来可开始渐进成形的数值模拟：

s32：对所述工具头模型施加载荷和所述成形电流，根据所述目标制件的结构参数、所述工具头的空间运行轨迹和所述边界条件，对所述铝合金板材网格模型进行渐进成形数值分析，获得所述铝合金板材网格模型中每个节点的等效应变、应变速率、电流密度、静水应力和等效应力。

在数值分析过程中，将铝合金板材渐进成形至所需要的目标制件的结构尺寸后，即可输出所有节点在成形过程中的上述数值分析结果数据，上述数值分析的结果可保存在数据库中以在需要时随时读取。

s4：根据所述电流密度和所述应变速率，确定每个节点基于oyane韧性破裂准则的材料系数；

通用的oyane韧性破裂准则的数学表达式为：

上式中：a、c为材料系数或材料常数；

为等效应变；

为破裂或断裂时的等效应变；

σm为静水应力，单位为mpa；

为等效应力或等效米塞斯应力，单位为mpa。

为了方便评价破裂行为，可对(1)式进行变形，得到如下的形式：

在式(2)中，c1为第一材料系数，c2为第二材料系数。

根据前述的分析，电致塑性渐进成形与应变速率和电流密度密切相关，故而步骤s3是要根据受力数值分析得到的结果数据，为准确地预测铝合金板材在电致塑性渐进成形中的破裂过程，将应变速率、电流密度引入到oyane韧性破裂准则的材料系数c1、c2中，由此得到考虑应变速率和电致塑性效应的铝合金板材电致塑性渐进成形韧性破裂准则如下：

其中，为应变速率，j为电流密度；

式(3)表示韧性破裂值i为等效应变应变速率电流密度j的泛函，材料系数c1和c2可表达成为应变速率和电流密度j的函数，即在某一特定的应变速率和电流密度下，关于应变速率和电流密度j的函数和的取值可以用来表示材料系数c1和c2。

在通过s2获得数值分析的结果数据后，可利用预先确定并存储的材料系数c1、c2与应变速率和电流密度的函数关系式，计算出每个节点对应的材料系数c1和c2的具体取值。

通过大量的数值模拟和试验数据的统计分析，得出的oyane韧性破裂准则的材料系数c1、c2的取值与应变速率和电流密度的函数关系式为：

其中，a1的取值范围为[-1.1,-1.0]，a2的取值范围为[0.7,0.8]，a3的取值范围为[0.01,0.05]，a4的取值范围为[0.02,0.10]；

b1的取值范围为[-0.1,-0.001]，b2的取值范围为[0.5,0.7]，b3的取值范围为[0.0001,0.01]，b4的取值范围为[-0.001,-0.01]。

上式中，应变速率的单位为s^-1；电流密度j的单位为a/mm²。

对各向异性的铝合金板材来说，至少需要平面应力和平面应变两种已知应力状态下的实验，才可确定oyane韧性破裂准则中的材料系数，且还需大量的重复实验来获得足够的数据以提高材料系数的精度，进一步提高韧性破裂准则的有效性和电致塑性渐进成形破裂预测的准确性。

作为一种可选的实施方式，材料系数c1和c2的确定方法为：

1)进行铝合金板材的电致塑性缺口拉伸试验和拉伸试验的数值模拟，得到缺口拉伸的第一主应变数据ε1和应力三轴度数据

2)读取缺口拉伸有限元模拟结果中的第一主应变数据ε1，选择发生破裂的单元，读取该单元的等效塑性应变(简称等效应变)；

3)将上述缺口试验破裂时的等效应变应力三轴度的数值代入式(3)的韧性破裂准则，得到三种应力状态下材料系数c1和c2的关系式；

4)根据上述方法进行铝合金板材的电致塑性渐进成形试验和对应的数值模拟，得到材料系数c1和c2的关系式；

5)联立步骤3)和4)的材料系数c1和c2关系式，计算c1和c2的平均值，作为当前应变速率、电流密度下的c1和c2的最终目标值；

6)重复上述步骤，测量得到多种应变速率、电流密度方案下的c1和c2的最终目标值；

7)对上述多种应变速率、电流密度方案下的c1和c2的最终目标值进行统计分析，分别得出c1和c2相对于应变速率、电流密度的数学关系式。

s5：根据每个节点的所述材料系数、所述静水应力、所述等效应力、所述等效应变和所述oyane韧性破裂准则，确定每个节点的韧性破裂积分值；

在确定了每个节点的材料系数c1和c2后，可利用式(3)，通过调用预先开发的材料破裂子程序，读入各节点的等效应变静水应力σm、等效应力值，基于电致塑性渐进成形韧性破裂准则(3)，计算每个节点的韧性破裂积分值i。

s6：根据所述每个节点的韧性破裂积分值，确定所述铝合金板材在所述电致塑性渐进成形中的破裂行为。

具体的，若是根据式(1)形式的oyane破裂准则计算韧性破裂积分值，则根据韧性破裂积分值c的具体计算值确定对应的评估规则，在此不进行限定。

若是根据式(3)计算的每个节点的韧性破裂积分值i，对铝合金板材的损伤或破坏程度或安全性进行如下的定量分析：

s61：若韧性破裂积分值大于等于1，确定所述铝合金板材的对应节点位置处破裂；

s62：若韧性破裂积分值小于1，确定所述铝合金板材的对应节点位置处安全。

在确定每个节点的韧性破裂积分值之后，所述预测方法还可以包括：

s7：根据所有节点的韧性破裂积分值，确定所述铝合金板材的韧性破裂积分值分布云图。通过对所有节点的韧性破裂积分值的可视化分析，可以直观的分析目标制件的破裂过程。

本实施例提供的预测方法，可在fortran编译环境下编写并调试破裂子程序，通过开放的接口程序，嵌入有限元软件中，然后实现有限元模拟板材渐进成形中破裂缺陷产生过程的可视化，并进一步优化工艺参数，提高制件合格率，最终指导板材渐进成形工艺的实际生产。上述方法适用于厚度范围为0.6～1.2mm的铝合金板材，通过控制工具头的电流，可控制所有节点的电流密度的范围在75～105a/mm²。

总的来说，本实施例提供了一种铝合金板材电致塑性渐进成形破裂的预测方法，通过在有限元软件中建立分析模型，通过对分析模型进行电致塑性渐近成形的有限元数值分析，输出每个节点的等效应变、应变速率、电流密度、静水应力和等效应力，接下来，根据电流密度和所述应变速率，确定每个节点的oyane韧性破裂准则的材料系数，然后再结合静水应力、等效应力、等效应变计算每个节点的韧性破裂积分值，根据所有节点的韧性破裂积分值预测铝合金板材在所述电致塑性渐进成形中的破裂行为；上述方法通过将应变速率、电流密度引入到基于oyane韧性破裂准则的材料系数中，由此获得考虑了应变速率和电流密度的铝合金板材电致塑性渐进成形韧性破裂准则，根据铝合金板材电致塑性渐进成形韧性破裂准则计算得到的韧性破裂积分值能够更准确的反映应变速率和电流密度对铝合金板材在成形过程中各个节点位置的损伤或破坏程度，从而提高了铝合金板材电致塑性渐进成形的破裂行为的预测精度。

在接下来的实施例中，结合具体应用场景和数据，对上述实施例的方案进一步说明：

在又一个可选的实施例中，将上述方案应用于1060铝合金板材在两点对称式电致塑性渐进成形的破裂过程预测，具体如下：

1)根据成形目标，确定用于成形的铝合金板材的材料性能参数、成形后的目标制件的结构尺寸参数和用于成形的两个工具头的空间运行轨迹。

其中，结构尺寸参数参见图2，材料性能参数参见表1：

表1：铝合金板材的材料性能参数

为了实现两工具头在渐进成形过程中空间运动的精确控制，设计两个成形工具头在三维空间内的运动参数，见表2：

表2：工具头的运动参数

利用matlab软件对两工具头在螺旋加工方式下的运动轨迹进行编程，两工具头的空间运动轨迹见图3；两工具头在x、y、z方向上的位移-时间加载曲线可见图4和图5。

2)在非线性有限元分析软件msc.marc中建立建立有限元分析模型，并进行单元网格划分、根据材料性能参数定义节点的材料属性，并添加边界约束条件，参见图6；

3)在挤压铝合金板材的工具头模型上添加电流和载荷，导入工具头的空间运行轨迹数据，进行有限元数值分析，将计算得到的各节点的等效应变应变速率电流密度j，静水应力σm、等效应力结果输出；可建立msc.marc后处理数据库，存储有限元分析后的输出数据；

4)接下来根据有限元分析数据进行破裂行为预测，可预先开发材料破裂子程序，将基于电致塑性渐进成形的oyane破裂准则和材料系数c1、c2数学式，即式(3)～(5)的破裂行为预测方法程序化。由于本实施例中的目标制件是轴对称的圆台制件，故而，只需要计算对称轴上各个节点的积分值，具体过程如下：

a)从msc.marc的后处理数据库中提取对称轴线上各节点的等效应变、电流密度、应变速率、静水应力、等效应力(等效vonmises应力)等数据，并建立与各单元或节点相对应的数据库；

b)根据应变速率、电流密度j，利用公式(6)计算材料系数c1，利用公式(7)计算c2，具体如下：

根据各个节点的静水应力、等效应力，计算应力三轴度

c)将材料系数c1、c2、应力三轴度代入式(3)，计算每一步有限元数值分析的韧性破裂积分值ii；其中，断裂时的等效应变根据1060铝合金的缺口拉伸试验确定；

d)判断每一个节点在每一步有限元数值分析后的积分值ii是否大于1，如果大于1，计算终止；如果小于1，进入下一步循环，累加后再进行判断。

总的来说，在1060铝合金板材两点对称式电致塑性渐进成形中，考虑应变速率和电致塑性效应的韧性破裂准则积分值的计算流程a)～d)的流程图如图7所示。

5)通过调用变量输出子程序，将韧性破裂积分值i经后处理模块输出，得到韧性值分布云图，如图8所示；

6)鉴于铝合金板材在电致塑性渐进成形过程中韧性破裂积分值i的变化规律，依据材料的损伤或破坏程度或安全性评价标准，对铝合金板材的损伤行为进行准确评价，即材料的损伤或破坏程度或安全性评价标准为：

根据材料的损伤或破坏程度或安全性评价标准，按照一定方式对成形区域的关键节点进行选取，如图9所示。

7)通过后处理模块获得各节点的韧性破裂积分值进行数据处理并绘制韧性值分布曲线，参见图10。

基于前述实施例相同的发明构思，在又一个可选的实施例中，如图11所示，提供了一种铝合金板材电致塑性渐进成形破裂的预测系统，包括：

获取模块10，用于获取铝合金板材电致塑性渐进成形的基础参数和成形电流；

有限元分析模块20，用于构建有限元分析模型，所述有限元分析模型包括铝合金板材网格模型和工具头模型；以及在所述工具头模型上施加载荷和所述成形电流，根据所述基础参数，对所述铝合金板材网格模型进行渐进成形数值分析，获得所述铝合金板材网格模型中每个节点的等效应变、应变速率、电流密度、静水应力和等效应力；

第一确定模块30，用于根据所述电流密度和所述应变速率，确定每个节点基于oyane韧性破裂准则的材料系数；

第二确定模块40，用于根据每个节点的所述材料系数、所述静水应力、所述等效应力、所述等效应变和所述oyane韧性破裂准则，确定每个节点的韧性破裂积分值；

第三确定模块50，用于根据所述每个节点的韧性破裂积分值，确定所述铝合金板材在所述电致塑性渐进成形中的破裂行为。

可选的，所述材料系数包括第一材料系数和第二材料系数；

所述oyane韧性破裂准则的数学式为：

其中，i为所述韧性破裂积分值；

c1为所述第一材料系数；

c2为所述第二材料系数；

为等效应变；

为破裂时的等效应变；

σm为所述静水应力，单位为mpa；

为所述等效应力，单位为mpa。

进一步的，第一确定模块30具体用于：

根据下述公式，确定所述第一材料系数c1：

其中，为应变速率，单位为s^-1；

j为电流密度，单位为a/mm²；

a1的取值范围为[-1.1,-1.0]，a2的取值范围为[0.7,0.8]，a3的取值范围为[0.01,0.05]，a4的取值范围为[0.02,0.10]。

进一步的，第一确定模块30具体用于：

根据下述公式，确定所述第二材料系数c2：

其中，为应变速率，单位为s^-1；

j为电流密度，单位为a/mm²；

b1的取值范围为[-0.1,-0.001]，b2的取值范围为[0.5,0.7]，b3的取值范围为[0.0001,0.01]，b4的取值范围为[-0.001,-0.01]。

进一步的，第三确定模块50具体用于：

若韧性破裂积分值大于等于1，确定所述铝合金板材的对应节点位置处破裂；

若韧性破裂积分值小于1，确定所述铝合金板材的对应节点位置处安全。

可选的，所述基础参数包括铝合金板材的材料性能参数、目标制件的结构参数，以及渐进成形时工具头的空间运行轨迹；所述有限元分析模块20具体用于：

根据所述材料性能参数定义所述铝合金板材网格模型的节点属性；

确定所述铝合金板材网格模型的边界条件；

对所述工具头模型施加载荷和所述成形电流，根据所述目标制件的结构参数、所述工具头的空间运行轨迹和所述边界条件，对所述铝合金板材网格模型进行渐进成形数值分析，获得所述铝合金板材网格模型中每个节点的等效应变、应变速率、电流密度、静水应力和等效应力。

可选的，预测系统还包括可视化分析模块60，用于根据所有节点的韧性破裂积分值，确定所述铝合金板材的韧性破裂积分值分布云图。

通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供了一种铝合金板材电致塑性渐进成形破裂的预测方法，通过在有限元软件中建立分析模型，通过对分析模型进行电致塑性渐近成形的有限元数值分析，输出铝合金板材网格模型中的每个节点的等效应变、应变速率、电流密度、静水应力和等效应力，接下来，根据电流密度和所述应变速率，确定每个节点的oyane韧性破裂准则的材料系数，然后再结合静水应力、等效应力、等效应变计算每个节点的韧性破裂积分值，根据所有节点的韧性破裂积分值预测铝合金板材在所述电致塑性渐进成形中的破裂行为；上述方法通过将应变速率、电流密度引入到基于oyane韧性破裂准则的材料系数中，由此获得考虑了应变速率和电流密度的铝合金板材电致塑性渐进成形韧性破裂准则，根据铝合金板材电致塑性渐进成形韧性破裂准则计算得到的韧性破裂积分值能够更准确的反映应变速率和电流密度对铝合金板材在成形过程中各个节点位置的损伤或破坏程度，从而提高了铝合金板材电致塑性渐进成形的破裂行为的预测精度。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。