6013-T4铝合金在不同温度和应变速率下的动态力学行为及数值模拟

采用分离式霍普金森压杆装置对6013-T4铝合金在不同温度(25,200,300℃)和应变速率(1 000,2 000,3 000,4 000,5 000s-1)下进行了动态压缩试验,研究了该铝合金在冲击载荷作用下的动态力学行为,并采用试验拟合得到的Johnson-Cook本构方程,对动态冲击试验进行了数值模拟。结果表明:6013-T4铝合金具有明显的应变速率和应变硬化效应,动态流变应力随变形温度的升高而减小;室温下合金的屈服强度对应变速率不敏感,但随变形温度的升高,屈服强度的应变速率敏感性增强;基于室温准静态与不同温度和应变速率下的动态真应力-真应变曲线,确定了铝合金的Johnson-Cook本构方程;不同温度和应变速率下真应力-真应变曲线的数值模拟结果与本构方程拟合和试验结果均吻合的较好。     

高强石墨材料的动态本构模型

利用分离式Hopkinson压杆试验装置对SMF-800高强石墨进行了冲击压缩试验,获得了不同应变速率(618,868,1 185s-1)下的应力-应变曲线;采用损伤型朱-王-唐粘弹性本构模型和一维弹脆性损伤本构模型分别对应力-应变曲线进行拟合,并对拟合结果进行了对比。结果表明:高强石墨材料的破坏应力和应变随着应变速率的增大而不断增大;损伤型朱-王-唐粘弹性本构模型比一维弹脆性本构模型更能有效描述高强石墨材料的动态力学性能,在应变速率为618,868,1 185s-1时,前者拟合曲线的相关指数分别为0.992 15,0.999 52,0.972 15。     

铸态GCr15SiMn轴承钢的流变应力本构方程

在Gleeb-3500型热模拟试验机上对铸态GCr15SiMn轴承钢进行热压缩试验,研究了变形温度(1 223～1 423K)和应变速率(0.1～10.0s~(-1))对流变应力的影响,观察了显微组织;采用基于TEGART和SELLARS等提出的Arrhenius方程,通过试验数据的拟合建立了试验钢的流变应力本构方程,并进行了验证。结果表明:在试验条件下变形时,试验钢的流变曲线均呈现出动态再结晶软化特征,提高变形温度或降低应变速率均可降低其流变应力;在应变速率1.0s~(-1)条件下,升高变形温度会促进试验钢的动态再结晶,同时也使晶粒长大粗化;在变形温度1 423K、应变速率0.1～1.0s~(-1)条件下,应变速率越大,动态再结晶晶粒越细;由建立的流变应力本构方程预测得到的峰值应力与试验结果的平均相对误差为0.393%,说明本构方程较准确。     

1060铝合金动态力学性能的实验研究

使用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装置测得1060铝合金在不同温度及应变速率下的动态力学性能,并基于power-law本构方程对测得的实验数据进行拟合获得模型参量。结果表明:1060铝合金冲击加载过程中发生高温软化,其峰值应力和流变应力随变形温度升高而降低;当应变率达到4000/s时,1060铝合金的强度和流动应力相比于低应变速率条件下均明显增大,合金表现出强烈的应变强化效应;拟合得到的1060铝合金power-law动态本构模型能较好地预测实验中材料的流动应力。     

6061铝合金的动态拉伸性能及其本构模型

在0.08,35,110,210,550s~(-1)的应变速率下对6061铝合金进行单轴拉伸试验,对其动态拉伸性能进行研究,得到不同应变速率下的真应力-真应变曲线;基于Johnson-Cook本构模型,建立该铝合金的塑性变形本构模型,并对该模型进行了验证。结果表明:随着应变速率增加,6061铝合金的屈服强度增大,断后伸长率降低,但其断裂强度则未发生明显变化;建立的本构模型能够很好地描述6061铝合金在塑性变形过程中流变应力的变化。     

基于功热转换机理修正SUS301L-MT不锈钢J-C本构模型

在常温下对SUS301L-MT不锈钢进行了应变速率为0.000 5 s^-1的准静态和0.1～500 s^-1的动态拉伸试验,基于经典J-C模型拟合得到其应力-应变曲线,通过最大拟合优度和匹配优度确定应变速率敏感系数,对经典J-C本构模型的模拟准确性进行分析;引入动态放大模量确定马氏体相变强化和绝热温升软化的临界应变,对J-C模型进行修正,并对修正模型的拟合结果进行了验证。结果表明：经典J-C本构模型无法准确描述试验钢在高应变速率塑性变形时的马氏体相变强化效应和绝热温升软化效应;修正后的J-C本构模型可准确描述应变速率在0.000 5～500 s^-1时试验钢的力学行为,其匹配优度高达0.985,表明该模型合理有效。     

38CrMoAl高强度钢动态力学性能及其J-C本构模型

分别利用液压试验机和分离式霍普金森压杆试验装置对38CrMoAl高强度钢进行低应变速率(10-4,10-3,10-2s-1)下的准静态压缩试验和高应变速率(850～4500 s-1)下的动态压缩试验,研究了该钢的动态压缩力学性能以及动态压缩后的显微组织;考虑应变速率强化效应和绝热效应对Johnson-Cook(J-C)本构模型进行修正,并进行了试验验证.结果表明:试验钢的真实屈服强度随着压缩应变速率的增加而增大,表现出应变速率强化效应;经高应变速率压缩后,试验钢中出现了具有一定耐蚀性的强化区;修正后的J-C本构模型预测得到试验钢在不同应变速率下的真应力与试验结果的平均相对误差范围为1.76％～3.99％,这表明修正后的J-C本构模型能够准确地描述该钢的动态压缩力学特性.     

HG700汽车大梁钢的热变形行为及 流变应力本构模型的建立

采用Gleeble 3500型热模拟试验机对HG700汽车大梁钢进行单道次压缩试验,研究了其在变形温度950～1 150℃和应变速率0.01～5.00s~(-1)条件下的流变应力行为;根据真应力-真应变曲线,采用线性回归方法建立该钢的流变应力本构模型,并进行了试验验证。结果表明:在高应变速率(1.00,5.00s~(-1))下,HG700汽车大梁钢的动态软化行为以动态回复为主,而在低应变速率(0.01,0.10s~(-1))下,HG700汽车大梁钢发生了明显的动态再结晶;变形温度的升高及应变速率的降低均会促进流变应力的降低,且会促进应力更早达到峰值;由构建的以变形温度、应变速率、真应变为变量的流变应力本构模型得到的预测结果与试验结果吻合良好,该模型可准确地预测HG700汽车大梁钢的流变应力。     

S580B钢中低应变率动态拉伸试验方法及本构表征研究

以S580B钢为研究对象,利用高速液压伺服材料试验机开展了其在中、低应变率范围的动态拉伸试验。提出了一种借助静态标定试验来间接测量动态载荷的方法,通过数字散斑相关方法测量应变场,获得了不同应变率下的真实应力-应变曲线,试验结果显示此材料具有明显的应变硬化效应和应变率敏感性。基于试验数据,采用Johnson-Cook模型拟合得到了S580B钢的动态本构方程,以其作为试验件有限元仿真的材料参数,仿真结果验证了拟合的动态本构方程能够较为准确地表征S580B钢的动态力学特性。     

高应变速率下SiCp/Al复合材料的动态力学性能及其本构关系

利用分离式Hopkinson压杆试验装置对体积分数15％SiCp/Al复合材料进行动态压缩试验,研究了该复合材料在500～2000 s-1高应变速率下的动态力学性能及其显微组织演变;基于试验数据,通过包含与应变速率和塑性应变相关的绝热温升软化项的Johnson-Cook本构模型对应力-应变曲线进行预测,并将模型预测结果与试验结果进行对比.结果表明:复合材料的应变速率强化效应不明显,但是该材料具有显著的应变强化效应;随着应变速率的增加,复合材料的变形类型由均匀变形向局部化变形转变,增强相颗粒破裂严重,绝热剪切带在局部区域形成并扩展;采用包含绝热温升软化项Johnson-Cook本构模型计算得到的应力-应变曲线与试验结果间的相对误差小于17％.