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随着汽车轻量化技术的不断发展,薄壁金属结构在汽车上的应用愈加广泛。常见的两种薄壁金属结构是管状薄壁金属结构和点焊结构。在汽车设计初期,为了提高设计效率、降低研发成本,需要使用有限元仿真方法模拟验证结构的力学响应。准确仿真的前提是准确表征材料的力学属性,尤其是材料的失效行为。本论文首先研究了薄壁金属管材的力学属性。以304不锈钢钢管为研究对象,建立了针对管材材料的多应力状态试验方法,包括轴向拉伸、环向拉伸、缺口拉伸、穿孔试验和剪切试验。重点研究了管材环向力学行为的测试方法,分析了环向拉伸加载的力学简化模型,探究了摩擦和装夹位置对测试结果的影响,并使用各向同性金属材料验证了环向拉伸试验方案的可靠性。测量了304不锈钢管环向应力应变曲线,发现其塑性大变形阶段的S形变化特征。设计多种探究试验,分析了摩擦系数和马氏体相变对曲线形状的影响。揭示了管材轴向、环向硬化曲线的差异,并分析其主要原因是管材冷拔加工工艺和马氏体相变。建立各试验的有限元仿真模型,使用SHS(Swift-Hockett-Sherby)方程拟合轴向拉伸和环向拉伸应力应变曲线作为硬化曲线,标定了用于表征管材各向异性的Hill’48模型,对各试验的力学响应进行了仿真。基于仿真结果,提取了断裂起始位置的应力应变历程,基于损伤积累原则,标定得到管材的MMC(Modified Mohr-Coulumb)断裂模型。验证该断裂模型对管材失效行为的预测情况,发现其对于某些应力状态下的材料试验结果模拟较准确,但对另一部分试验的模拟结果仍需改进。分析了这种误差产生的原因是各试验中马氏体相变程度不同导致了材料硬化行为不同,使用目前的屈服准则难以描述所有应力状态下的材料硬化行为,由此提出了未来进一步研究的方向。本论文的第二部分针对点焊结构在不同加载速度下表现出不同断裂行为的现象,使用有限元仿真的方法研究其机理。建立了点焊结构的精细有限元模型,分析了各区域参数的定义方法。分析了几何参数对点焊结构失效模式的影响。优化得到母材的断裂模型曲线,准确模拟了低速下的裂纹扩展。发现当仿真中对点焊结构的母材定义比焊核区材料更强的应变率效应时,可以准确模拟试验中裂纹位置随应变率升高而逐渐向内移动的现象。