预应变和应变速率对HC340LA低合金高强钢力学性能的影响

对HC340LA低合金高强钢板分别施加5%、10%、15%的拉伸预应变,通过准静态和冲击拉伸实验,获得不同应变率下、不同预应变量试样的应力-应变曲线。实验结果表明,HC340LA高强钢对预应变和应变速率敏感,流动应力随着预应变量和应变率的提高而增大。在超过600s-1的高应变速率下,绝热温升效应使材料发生软化,不同预应变量下的材料随应变率的提高延塑性增大。分别基于流动应力模型和Johnson-Cook本构模型拟合实验数据,确立了各种状态下的本构关系。该研究可为考虑成形历史的汽车零部件的碰撞仿真提供可靠的原始数据。     

HC340LA动态力学性能研究及在碰撞工况中的仿真应用

利用万能试验机、液压伺服高速拉伸试验机和霍普金森杆3种设备,开展了HC340LA低合金高强钢多个应变速率的拉伸试验,得到了不同应变速率下的应力-应变曲线,研究了其动态力学性能。对高速拉伸试验数据进行二次开发,采用SwiftHockett-Sherby本构模型进行拟合外推,建立了HC340LA低合金高强钢的材料模型,并进行了纵梁部件落锤试验过程的数值模拟,数值模拟结果与落锤试验结果基本一致,验证了所建立的材料模型的准确性。同时,对比分析了液压伺服高速拉伸试验机和霍普金森杆设备的高速拉伸试验结果。结果表明:液压伺服高速拉伸试验机测量得到的中低应变速率动态曲线与材料准静态曲线有更好的对应关系;霍普金森杆设备适合更高应变速率的试验,无法精准获取材料的真实变形,只能准确测得材料的抗拉强度。     

应变速率循环法构建TC21钛合金超塑性本构方程

采用应变速率循环法在超塑拉伸机上对TC21钛合金进行5组高温超塑性拉伸实验,变形温度范围860℃~940℃,应变速率循环范围10-5s-1~10-3s-1。通过对拉伸实验数据分析,计算出TC21钛合金动态再结晶激活能Q,利用Arrhenius模型构建TC21钛合金高温条件下的超塑性本构方程,并通过1stOpt软件进行非线性回归拟合进行修正,得到了更为精准的超塑性本构方程。实验结果表明,当变形温度不变时,流动应力随着应变速率的增大而增大,且高应变速率时,流动应力对应变速率的敏感性要大于低应变速率时,可判定TC21钛合金属于正应变速率敏感材料。TC21钛合金在860℃附近时的超塑性较好,综合延伸率可达366.6%。     

应变速率对AZ31挤压变形镁合金力学行为的影响

通过静态拉伸试验机和高应变速率冲击拉伸试验装置,对AZ31挤压镁合金分别进行了不同应变率下拉伸力学性能的试验,获得了各应变速率下完整的应力-应变曲线。并通过扫描电镜对其拉伸断口进行分析。结果表明,其屈服应力、拉伸强度随着应变速率的增加而增加,失稳应变则随着应变速率的增加而有所减小;而弹性模量则对应变率不敏感。采用Johnson-Cook材料模型描述AZ31镁合金应变速率相关的应力应变本构模型,其拟合结果和实验结果基本相吻合。扫描电镜断口分析结果表明,动态和静态的断裂方式基本相同,都是以准解理断裂特征为主,局部区域伴有解理断裂。     

B410LA动静态力学性能实验研究

B410LA是汽车车身中常用的一种高强度钢板,通过准静态和动态拉伸实验,得到了B410LA在不同应变率下的应力-应变曲线.实验结果说明B410LA材料的强度随着应变率的增加而提高.通过对应力一应变曲线拟合得到了B410LA的本构关系,为有限元模拟提供了可靠的材料参数.     

考虑应变补偿的Al2024合金本构方程研究

采用昂热力学实验室高温拉伸实验机对Al2024合金进行高温拉伸实验,实验温度为350、400和450℃,应变速率为1×10~(-3)、5×10~(-4)和1×10~(-4)s~(-1),获得应力-应变曲线。借助Arrhenius方程对实验数据进行拟合,考虑到应变量对流变应力的影响,建立各材料参数与应变量的关系,并通过三次方程表示,从而对本构方程进行修正。结果表明:Al2024合金在高温拉伸过程中会发生再结晶,出现软化现象;合金在实验温度下表现出较好的塑性,在450℃下伸长率达到80%以上;拟合得到的本构方程具有较高的精确性,误差小于5%,可以用于仿真模拟。     

深冲汽车车身用IF钢预应变拉伸实验

对3种典型的汽车车身用钢材(CR3 GI,CR4 uncoated和HC220Y GI)在预先给出5种不同的拉伸应变后,进行了单向拉伸实验。结果表明,屈服强度和抗拉强度随预应变的增加而增加。深冲IF钢(CR3和CR4)屈服强度随预应变的增量约为11 MPa/(1%预应变),高强IF钢(HC220Y GI)约为12 MPa/(1%预应变),其抗拉强度随预应变的增量分别为3.5 MPa/(1%预应变)和4.4 MPa/(1%预应变)。     

DP780高强钢板动态变形力学行为研究

通过准静态拉伸实验和0.1m/s,2m/s,10m/s和15m/s等4种拉伸速度下的动态冲击拉伸实验,对DP780高强钢板的动态变形行为进行了研究,得到了不同应变率下的应力-应变曲线,基于Johnson-Cook模型建立了可描述DP780高强钢变形应变率相关性的应力-应变关系模型。为更好地预测材料动态冲击条件下的应变率以及应力的变化,提出了一个基于宏观变量速度v的本构关系方程,数值拟合结果与实验结果十分吻合。     

6061铝合金高温拉伸流变行为

利用Gleeble3500热模拟试验机对6061铝合金进行高温拉伸实验,研究变形温度为365℃~565℃和应变速率为0.01s-1~1s-1条件下6061铝合金的高温拉伸流变行为。结果表明,6061铝合金属于正应变速率敏感材料,流变应力随应变速率的增加而增大,随温度的增加而降低;通过线性回归分析计算6061铝合金的应力指数n及变形激活能Q,获得其高温拉伸条件下的流变应力本构方程。     

AZ91D镁合金薄板的单向拉伸实验研究

使用Gleeble-3800热模拟试验机在25～400℃温度范围内对AZ91D镁合金薄板拉伸试样以3种不同的应变速率分别进行了单向拉伸实验,研究了应变速率和温度对AZ91D镁合金薄板主要力学性能的影响,并分析了拉伸试样在不同温度下的断口形貌特征。研究结果表明：材料的流动应力会随着应变速率下降和温度上升而逐渐减小;在25～200℃温度范围内,流动应力下降并不明显,而当温度升高到250～400℃时,流动应力下降比较明显,并且当温度升高到350℃以上,材料出现了明显的稳态流动现象;当温度较高时,流动应力对应变速率的改变很敏感,流动应力随应变速率的降低显著降低;材料在高温时具有较好的塑性,材料的断裂方式为很明显的韧性断裂。     

高强度钢热冲压塑性本构关系建立及应用

在实验温度500、650、700、800℃和应变速率0.01、0.1、1.0 s-1条件下,研究了高强钢22Mn B5单向热拉伸的应变、应变速率和变形温度对流动性能的影响;建立了22Mn B5钢的热冲压塑性本构关系。它很好地描述了单向热拉伸时真应力—应变曲线变化,即真应力随温度升高而降低,随应变速率增大而增大。运用所建本构关系计算了22Mn B5钢在不同变形条件下的真应力,并与实验值对比,发现最大相对误差为4.26%,最大均方差为8.244 MPa。这说明所建本构关系可信度较高,可提高有限元模拟精度,能为工业生产提供借鉴。     

B280VK高强钢的Johnson-Cook本构模型与失效参数确定

通过对B280VK高强钢进行动态和准静态拉伸试验获取了其相关力学性能，并基于Johnson-Cook本构模型反求出B280VK高强钢的本构模型参数。结果表明，Johnson-Cook本构模型拟合曲线与试验拉伸曲线具有较高的一致性，能够反映出B280VK高强钢材料拉伸应力及应变变化趋势，可用于预测B280VK高强钢的应力-应变关系。然后，利用不同缺口样件准静态和动态拉伸载荷工况下获得的失效应变和应力三轴度值，通过最小二乘法拟合获得Johnson-Cook失效模型参数。最后，通过对比仿真与试验结果发现仿真与试验的载荷-位移曲线具有较高的一致性，并且峰值载荷最大相对误差被控制在9.23%以内，验证了B280VK高强钢的Johnson-Cook失效模型的准确性。     

预应变超薄不锈钢板材弯曲回弹

针对不同晶粒尺寸的超薄316L不锈钢板材试样,开展了不同预应变材料的拉伸实验和弯曲实验,研究材料在多次拉伸中的力学行为,探索预应变对弯曲回弹的影响。研究表明流动应力和回弹角都随晶粒尺寸增大而降低,多次拉伸中预应变对材料拉伸应力应变关系没有显著影响,但预应变使材料发生加工硬化导致了回弹角随预应变增加而增大。进一步的实验结果与数值模型计算结果对比表明,预应变对材料压缩力学行为的影响是导致回弹角预测偏大的主要原因。     

不同应变率下 TRlP钢的拉伸性能

在自制气动式间接杆杆型冲击拉伸试验机上对含1.6Si-1.58Mn-0.195C的TRIP（Transformation-induced Plasticity)钢在不同应变率下的高速冲击拉伸性能进行了研究，并和静态拉伸性能进行了比较。结果显示，随应变速率的提高，材料的抗拉强度显著增加，延伸率降低。由于TRIP钢组织中残余奥氏体在应力应变作用下向马氏体的相变诱发转变显著改善了材料的塑性，因此在高应变率下的延伸率仍较好。     

HC1150/1400MS马氏体钢的高温本构模型

利用Gleeble1500热模拟试验机在温度范围600~900℃、应变速率范围10-2~10 s-1等对HC1150/1400MS马氏体钢试件进行等温拉伸试验,进而构建了马氏体钢热加工过程的数值模拟需要的高温本构模型,用以根据应变、应变速率及变形温度预测流动应力。试验得到该材料奥氏体组织在不同温度及应变速率下的真应力、真应变曲线,显示材料的流动应力随变形温度的降低和应变速率的提高而增大,随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。选用修正的Arrhenius双曲正弦模型对其高温力学行为进行描述,采用四次多项式拟合获得Arrhenius本构方程中参数α,β,n1,n,ln A,Q与应变的对应关系,最终确定包含变形温度及应变速率的流变应力计算方程。采用拟合度表示计算应力与实测应力的相关性,拟合度结果表明该本构模型对HC1150/1400MS马氏体钢高温流动应力的预测较准确。     

DP780高强钢板材高应变率变形行为及本构模型

基于MTS准静态拉伸和分离式霍普金森杆冲击拉伸实验对DP780高强钢板材在0.001、1150、1900、2800和4200 s~(-1)应变率水平下的本构行为进行了描述,获得了其高应变率变形规律,并建立了修正的Johnson-Cook(JC)动态本构模型。结果表明,动态冲击拉伸时,DP780板材的变形行为与准静态时显著不同,呈现显著的应变率强化特征。动态拉伸条件下的屈服强度和抗拉强度都要明显高于准静态条件下,屈服和抗拉强度在动态条件下随应变率升高也会有所增加,但由于绝热升温效应,应变率达到2800 s~(-1)左右时不再出现增加的趋势。基于动态拉伸数据建立的修正的JC本构模型能很好地描述和预测实验结果。     

Ti2AlNb合金高应变率下流动应力特征与本构关系

利用电子万能试验机和分离式Hopkinson压杆得到Ti_2AlNb合金准静态拉伸曲线及高应变率下动态压缩应力-应变曲线,观察分析变形后试样的微观组织,研究其高应变率下的流动应力特征。结果表明:在应变率2500～7500 s-1范围内,Ti_2AlNb合金的流动应力对应变率有较强的敏感性,且具有应变强化、应变率增强及增塑效应;应变率为5500、6500、7500s-1的3组试样中观察到了与加载方向约成45°的绝热剪切带。改进Johnson-Cook本构模型,拟合实验数据得到Ti_2AlNb合金室温下的动态塑性本构关系,与实验对比,改进后的模型能够较好地描述Ti_2AlNb合金在高应变率下的流动应力。     

5A90铝锂合金热态下本构关系研究

进行了5A90铝锂合金在200℃~450℃温度范围和0.3×10-3s-1~0.2×10-1s-1应变速率范围内的单向拉伸试验。结果表明,5A90铝锂合金的流动应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的增大而增大;而其最大延伸率的变化趋势与流动应力的相反;最佳的成形温度范围在400℃左右。通过试验数据的计算及拟合,得到了任意温度下5A90铝锂合金应力-应变-应变速率关系的本构方程。     

Laves相NbCr2/Nb两相合金的应变补偿物理本构关系研究

Laves相NbCr2/Nb两相合金因其优良的高温力学性能而具有作为新型高温结构材料应用的潜力；流动应力本构关系反映了合金的热变形行为。本文基于Laves相NbCr2/Nb两相合金在1000-1200℃、0.001-0.1s-1条件下的等温恒应变速率压缩实验数据，首次探讨了该合金在考虑变形温度对合金杨氏模量和自扩散系数影响的应变补偿物理本构关系。结果表明，基于蠕变指数n=5的应变补偿物理本构关系的相关系数R和平均绝对相对误差AARE分别为0.974和59.3%，说明该物理本构模型不适于表征该合金的流动应力行为；而基于蠕变指数n为变量的应变补偿物理本构关系的相关系数R和平均绝对相对误差AARE分别为0.984和10.6%，说明该物理本构模型能满意地表征该合金的流动应力行为，且其对流动应力的预测能力优于传统的Arrhenius本构模型。     

基于单向拉伸的7A09铝合金本构方程

通过不同温度及应变速率下的单向拉伸试验，获得了7A09铝合金板材关键力学性能参数的变化规律。结果表明：在应变速率一定的条件下，当温度降低时，7A09铝合金的抗拉强度与流动应力随之升高，当温度升高时，断后伸长率有明显提高。基于Fields&Backofen本构方程，建立7A09铝合金温拉伸时的应力-应变本构模型，分析和探讨了在不同温度状态下7A09铝合金的强化规律。结果表明：7A09铝合金的应变强化指数随着温度的升高而减小，而应变速率敏感性指数则显著提高，应变速率的强化作用得到了显著增强。以温成形技术生产的桁条加强件为例，利用本构模型进行有限元模拟，确定成形速度为5000 mm·s^-1时，零件减薄率最小；温度为175℃时，零件壁厚分布最为均匀，最小减薄率仅为3.8%。