2024Al高温高应变率下动态塑性本构关系的实验研究

运用SHPB装置,文章对2024Al在不同温度和不同应变率条件下的动态力学行为开展了系列的实验研究,基于Johnson-Cook(JC)本构模型,通过实验数据拟合得到了相应的材料模型参量,从而建立了2024Al的动态塑性本构关系。为进一步验证该本构关系,基于有限元方法,对常温下应变率为700s-1的SHPB实验进行了数值模拟,模拟计算结果与实验结果相吻合,表明所得到的模型可以很好地描述该材料在高温高应变率下的动态塑性力学行为。     

基于修正Johnson-Cook模型的钛合金热黏塑性动态本构关系及有限元模拟

为了准确描述钛合金在高应变率、高温载荷下的热粘塑性本构行为,以及因材料内部出现绝热剪切带而导致材料流变应力减小的定量关系,构造功热转换系数β与应变率?(5)之间的函数关系,提出一种基于修正Johnson-Cook模型的钛合金热粘塑性动态本构关系,并通过以最小二乘法为目标函数的局部搜索优化算法,对基于实验数据的本构参数进行快速优化识别。最后利用应力补偿更新算法,通过显式用户子程序VUMAT将热黏塑性本构模型嵌入ABAQUS软件中,得到Ti-6Al-4V钛合金在不同应变率、温度条件下的单轴动态应力-应变曲线。数值模拟结果与实验数据吻合良好,表明该修正模型能准确描述钛合金高应变率下的热黏塑性变形,可适用于各种应变率下钛合金本构行为的描述。     

高应变率下TC4-DT钛合金的动态力学性能及塑性本构关系

为研究TC4-DT钛合金的动态力学性能及其本构关系,在1000~8000 s-1应变率范围内,利用分离式Hopkinson压杆试验装置对该材料进行动态压缩试验,得到高应变率下的真实应力-应变曲线。结果表明:高应变率时TC4-DT钛合金材料存在应变率增强、增塑以及应变强化效应,其流变应力表现出较强的应变率敏感性。通过微观组织观察,发现高应变率变形时出现绝热剪切带是材料流变应力急剧减小的主要原因。改进Johnson-Cook本构模型中的温度项,利用试验数据对TC4-DT钛合金在高应变率下的动态塑性本构关系进行拟合,得到室温下该材料的动态塑性本构方程,模型计算结果和试验结果证明该模型可以更好地预测TC4-DT钛合金高应变率下的塑性流变应力。     

高应变速率下Al-Mg-Sc合金压缩变形的流变方程

对A1-Mg—Sc材料进行静态力学性能实验，采用微型SHPB（Split Hopkinson pressurebar）实验装置对Al-Mg-Sc材料在应变率为10310。范围内进行动态力学行为测试。结果表明：Mg-Sc合金材料随应变率的提高，真实应力一应变曲线略有升高，表明Al-Mg-Sc材料不是一种对应变率敏感的材料；随着应变率的升高，材料发生的应变增大，表现出在高应变率下具有明显的应变强化效应。通过分析，选用较为合理的Johnson--Cook本构模型来构建A1．Mg．Sc合金高应变速率流变方程。根据遗传算法确定J—c方程中的参数。拟合值与实验值较吻合，证明经SHPB实验数据构建的流变方程是合理的，这为Al-Mg-Sc板料高应变速率下有限元分析需要的材料变形特性参数提供了重要的数据来源。     

2DCf／SiC复合材料的动态本构关系研究

用波形整形器改装后的SHPB装置测试先驱体法制备的二维Cf/SiC复合材料的动态压缩力学性能，得到了在应变率550～2400s。范围内的动态应力应变曲线。结果表明：使用波形整形器改装SHPB后入射波的形状由矩形变为近三角形：Cf/SiC有明显的应变率效应，其抗压强度随着应变率的增大而增大：根据损伤力学理论，建立了其一维动态本构模型，拟合实验数据确定模型中参数，得到应变率及损伤变量相关的Cf/SiC动态本构关系。     

纯铁在高应变率下的流动应力特征及其动态塑性本构关系

利用MTS材料试验机和分离式Hopkinson压杆实验装置,对锻造后经930℃下退火2h的纯铁材料进行压缩实验,测定纯铁在准静态条件(10-3s-1~100s-1)和高应变率(650s-1~8500s-1)下的应力-应变曲线。实验结果表明,纯铁是应变率敏感材料,纯铁在高应变率条件下,具有应变率增强、增塑以及应变强化效应,高应变率下的塑性变形过程中产生的绝热升温对材料具有热软化作用。基于Johnson-Cook(J-C)本构模型,引入绝热温升软化项对模型进行修正,通过实验数据拟合得到了纯铁的动态塑性本构关系,模型计算结果和实验结果证明,该模型可以较好地预测纯铁在高应变率下的塑性流动应力。     

2DCf/SiC复合材料的动态本构关系研究

用波形整形器改装后的SHPB装置测试先驱体法制备的二维Cf/SiC复合材料的动态压缩力学性能,得到了在应变率550～2400 s-1范围内的动态应力应变曲线.结果表明:使用波形整形器改装SHPB后入射波的形状由矩形变为近三角形;Cf/SiC有明显的应变率效应,其抗压强度随着应变率的增大而增大;根据损伤力学理论,建立了其一维动态本构模型,拟合实验数据确定模型中参数,得到应变率及损伤变量相关的Cf/SiC动态本构关系.     

镍铝青铜切削加工本构模型参数辨识（英文）

镍铝青铜材料因具有较高的强度、耐磨损及优异的抗应力腐蚀特性而广泛用于螺旋桨的制造中。为了建立其在高应变率条件下的本构关系,提出一种切削加工过程中Johnson-Cook模型参数辨识的新方法。该方法综合了SHPB动态压缩实验、可预测切削力模型及直角切削实验。首先,根据SHPB实验得到镍铝青铜在不同应变率和温度下的真实流变应力-应变曲线;然后,建立关于预测流变应力和实验流变应力的目标函数,将SHPB实验辨识的本构参数作为初值,采用PSO算法反演得到最终的本构参数;最后,对可预测切削力模型和有限元仿真获得的切削力进行对比,验证了所辨识参数的准确性。     

高温合金A286室温动态力学性能研究

为实现固溶态A286材料室温下塑性变形的数值模拟与合理制定其成形工艺参数,采用Gleeble-1500D热模拟试验机研究A286材料室温下不同应变速率下的流变力学行为,探讨应变和应变速率对固溶态A286材料流动应力的影响机制。试验结果表明:由于材料的应变强化与绝热效应引起的软化相互竞争,在高应变速率、大应变条件下表现为流动应力下降;固溶态A286材料存在一定的应变速率敏感性,压缩状态下的屈服强度随应变速率的增大而增大,在ε=0.65的情况下未出现破坏,具有良好的塑性。利用简化的Johnson-Cook(J-C)本构模型拟合得到固溶态A286材料的动态塑性本构关系,模型计算结果和试验结果显示,该模型可以较好地预测固溶态A286材料在冷变形时的塑性流动应力。     

几种典型铝合金应变率敏感性及其塑性流动本构模型

建立了塑性流动本构模型,对Al3003-H12、2219-T87、7050-T7451、2024-T351和LY12-cz 5种典型的铝合金在应变率从10-4 /s到8 000 /s,初始温度从77 K到800 K以及真实应变超过0.50条件下进行系统实验,并对塑性流动行为进行分析.结果表明:这些铝合金材料具有应变率效应;铝合金材料应变率敏感性可归于短程障碍对热激活位错运动的影响;在200～600 K时,这些材料存在第三类动态应变时效现象.基于热激活位错运动机制,推出一个物理概念的本构模型,比较得出的模型预测结果和实验结果一致,可方便用于工程应用.