基于反求法的7055铝合金Johnson-Cook本构模型研究

为建立满足7055铝合金高速切削有限元模拟的本构模型,基于准静态拉伸实验和分离式霍普金森压杆(SHPB)动态冲击实验,采用变量分离和非线性拟合得出7055铝合金的初始Johnson-Cook(J-C)本构方程;结合高速铣削实验,基于Oxley切削模型的反求法对初始本构方程参数进行修正,建立7055航空用高强铝合金高温、大应变、高应变率材料本构模型。利用ABAQUS软件和获得的J-C本构方程建立7055高速切削有限元模型。有限元模拟的主切削力与实验结果相差较小,表明所建立的J-C本构方程能较好地应用于高速切削模拟。     

7A52铝合金Johnson-Cook本构模型的有限元模拟

为探究7A52铝合金的流动应力变化规律,在材料拉伸试验数据基础上,建立Johnson-Cook本构模型。利用有限元软件AQAQUS,模拟7A52铝合金在温度为25~400℃、应变率为0.1~10 000 s~(-1)的准静态和动态拉伸试验。结果表明:温度和应变率都会影响7A52铝合金的流动应力,但对温度的敏感性较大,对应变率敏感性较小;流动应力随着温度的升高而减小;流动应力随着应变率的增加而增大,尤其在应变率高于1 000 s~(-1)时影响更加明显。所建有限元模型结果与试验结果吻合较好,证明该Johnson-Cook本构模型能够在一定温度和应变率范围内预测7A52铝合金的流动应力。     

TC4合金切削有限元模拟动态本构模型的建立

用多元函数的下山单纯形法对切削实验所得Johnson-Cook模型中的5个参数进行优化,并应用大型商用有限元软件Marc,建立高速切削有限元模型,通过有限元迭代分析,得到较高精度的高速切削Johnson-Cook本构方程,经验证,该本构方程可以大大提高模拟计算的精度。     

TC4钛合金三种动态本构模型的对比分析

基于TC4合金的应变率和温度相关单轴应力-应变曲线试验数据,优化估计了Johnson-Cook、修正Zerilli-Arm-strong和Bammann黏塑性三种动态本构模型的材料参数,对比分析了三种本构模型对TC4单轴变形试验数据的描述能力。结果表明:在TC4变形试验参数范围内,Bammann黏塑性模型可以较好地描述TC4合金的应变率和温度相关变形行为;Johnson-Cook模型和修正Zerilli-Armstrong模型的单轴应力-应变曲线计算结果比较接近,但与试验数据的相关性相对较差,均不能如实反映TC4室温动态压缩试验的应变率敏感性。     

高应变率下6061铝合金力学性能及本构模型研究

为研究6061铝合金在高应变率下的力学性能,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置进行87组应变率为(2 000～3 400)s-1的动态压缩试验,得到应力-应变曲线。提取动态试验中试件的流动应力和塑性应变的最大值,揭示峰值应力-应变与应变率间的相关性,并根据6061铝合金的特性对Johnson-Cook本构模型进行修正。结果表明:在高应变率下,6061铝合金为应变率较敏感材料,应变率和峰值应力、应变率和峰值应变间的线性相关性较强,且修正后的JohnsonCook本构模型可以较准确地描述6061铝合金的力学性能。     

冲击载荷下Al-Mg-Si-Cu铝合金的变形行为及本构模型

使用分离式霍普金森压杆(SHPB)对Al-0.59Mg-0.58Si-0.2Cu(质量分数/%)铝合金进行室温下、应变率为(800～5 200)s-1的高速冲击试验,分析其变形行为,并确定Johnson-Cook本构方程。结果表明:Al-Mg-Si-Cu铝合金在室温高速冲击变形过程中,应力不随应变率增加而增加;当应变率为800、2 500、3 100 s-1,应变为0.08时,随着应变率的增加,织构类型发生改变,平均斯密特因子和应力减小;确定Al-Mg-Si-Cu铝合金的J-C本构方程,本构拟合结果与试验结果吻合。     

介观尺度切削过程的材料本构关系分析

应用应变梯度理论,建立了考虑尺度效应的介观切削材料本构关系;应用建立的本构关系对于不同切削条件时材料的应力-应变关系进行了分析研究。研究表明:随着切削厚度的增加,材料力学性能曲线逐渐向宏观Johnson-Cook(JC)模型靠近;当前角增大时,剪切角随之增大,材料内部的应力加大,材料的尺度效应越明显,因此适当增大刀具前角有利于介观尺度切削;切削刃半径对材料性能的影响比较明显,随着切削刃半径的减小,材料性能的尺度效应逐渐显著,要实现介观尺度切削,刀具切削刃半径必须极小。     

飞机壁板结构击穿的数值模拟

为了分析飞机壁板结构受到常规弹道速度(500～1000m/s)下地面火炮攻击时的动态响应和形成的损伤,应用大型动态非线性有限元分析软件MSC.Dytran建立刚性弹体高速垂直撞击侵彻方形薄靶板的三维模型,采用Johnson-Cook应变率相关材料本构模型,模拟在不同的射弹碰撞速度下薄靶板的侵彻击穿过程,讨论了带加强筋薄靶板和具有初始应力的薄靶板的破坏、损伤情况。模拟结果表明,加强筋可以在一定程度上抑制靶板结构的破坏和损伤,处于承载状态下的薄板被射弹击穿后会造成更大的破坏,使承载能力迅速下降。     

含钨活性材料动态压缩力学性能

为了研究活性材料的动态压缩力学性能,利用分离式霍普金森压杆（SHPB）对材料进行单轴压缩加载,获得了材料在不同应变率下的应力-应变曲线。将应力时程曲线和高速摄影拍摄结果对比,得到材料的屈服应力和临界反应应力。基于修正后的Johnson-Cook本构模型拟合材料参数,代入有限元计算软件LS-DYNA,计算结果和实验结果吻合较好,表明获得的模型参数可以较好地反映该材料的力学性能。     

正火态50SiMnVB钢Johnson-Cook本构方程的建立

对正火态的50SiMnVB钢常温下的准静态和动态力学特性进行测试,得出材料在不同应变率下的应力-应变曲线。根据Johnson-Cook模型,建立正火态50SiMnVB钢从准静态到动态较宽应变速率范围的物理本构方程。对比结果表明,所建立的本构方程和实验结果吻合较好。     

退火态TC4钛合金热变形本构关系的研究

利用Gleeble-3800热模拟机对TC4钛合金在550~800 ℃温区进行热变形试验研究。通过真应力、真应变分析得到TC4钛合金峰值应力随温度升高而降低、应变速率增大而升高,确定了550~800 ℃温区热变形激活能、建立了流变应力本构关系以及峰值应力与温度和变形速率之间的函数关系。通过热变形模拟为TC4钛合金热加工参数的合理制定与控制提供依据。     

中高应变率条件下TC18钛合金动态力学行为的实验研究

应变和应变率是影响材料力学行为的两个重要因素,分离式霍普金森压杆（SHPB）技术是实现不同应变和应变率加载的有效途径之一。为研究室温下TC18钛合金的塑性变形和破坏行为,采用SHPB,通过调节子弹长度和速度实现对TC18钛合金圆柱试样不同应变和应变率的加载。实验得到了TC18钛合金在不同应变率下的真应力-真应变曲线和同一应变率不同应变下的真应力-真 应变曲线,并分别分析了应变硬化和应变率强化效应对TC18钛合金的动态力学性能的影响。实验结果表明：TC18钛合金压缩试样破坏时断口与加载方向（轴线）之间的夹角约为45°,其压缩破坏形式为典型的剪切破坏,与应变和应变率相关;应变率越高,TC18钛合金的流动应力和屈服强度越高,故该材料具有明显的应变率强化效应;绝热剪切带是裂纹形成和试样发生宏观剪切破坏的先兆。     

NAK80塑料模具钢本构关系的试验研究

利用电子材料拉伸试验机、热模拟试验机和分离式Hopkinson压杆系统对NAK80塑料模具钢在较宽温度范围(25~600℃)和不同应变率(700~5 000 s-1)条件下的力学特性开展了系列的试验研究。结果表明:室温下,NAK80塑料模具钢流变行为对应变率不敏感;相同应变率下(10-2s-1),其屈服强度和流变应力随温度升高而下降,且高温下热软化效应明显,导致屈服后应变增加而应力下降。以试验数据为基础,拟合了Johnson-Cook模型,利用该模型对不同温度和不同应变率下NAK80塑料模具钢的流变应力进行预测,与试验数据对比表明,拟合的Johnson-Cook模型能够较好的描述NAK80塑料模具钢的流变行为。     

2,4-二硝基苯甲醚基不敏感熔注炸药动态力学性能

炸药动态力学性能是影响其安定性的重要因素。为揭示2,4-二硝基苯甲醚（DNAN）基不敏感熔注炸药的动态力学性能特征,采用分离式霍普金森压杆（SHPB）实验对DNAN基不敏感抗过载熔注炸药的动态力学性能进行研究。通过入射波整形技术,实现了低阻抗、低强度的熔注炸药材料在SHPB实验中的应力平衡和恒应变率加载,得到65 s^-1、130 s^-1和200 s^-1等3种应变率下炸药的应力应变曲线;基于炸药应力应变数据,利用改进的Lesuer标定方法,获得该炸药的Johnson- Cook本构模型参数。结果表明：随着应变率的提高,该炸药失效应力逐渐增加,具有明显的应变率效应;拟合得到的Johnson-Cook动态本构模型能较好地预测该炸药在冲击载荷作用下的力学响应。     

电铸Ni-W合金高应变率下的流变应力特征

利用Gleeble-1500型热模拟机和分离式Hopkinson压杆实验装置,对700℃下退火2 h的电铸Ni-W合金进行压缩试验,测定合金在准静态条件(10-3~10-1s-1)和高应变率(650~2 200 s-1)下的应力-应变曲线。结果表明,在高应变率条件下,电铸Ni-W合金具有应变率增强、增塑及应变强化效应。高应变率下的塑性变形过程中产生的绝热升温对材料起软化作用。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电铸Ni-W合金的动态塑性本构关系。     

碳化硅与聚脲纳米复合材料拉伸力学性能和本构模型

聚脲作为一种涂层或夹层材料被用在爆炸冲击领域,对目标结构具有良好的防护作用.为研究聚脲材料的力学性能,利用万能试验机和分离式霍普金森拉杆试验装置对聚脲材料分别进行准静态和动态拉伸加载试验.得到碳化硅与聚脲纳米复合材料在低应变率(0.001～0.1 s-1)和高应变率(1260～4500 s-1)范围内的真应力-真应变曲...     

金属材料在高应变率下的热粘塑性本构模型

提出了一种考虑应变强化、应变率强化、热软化效应及材料损伤的本构模型,通过在Johnson-Cook热粘塑性本构关系中增加一个随应变增大应力减速小的软化项,反映材料的损伤.该模型可以很好地预测材料的整个变形过程,同时提供了一个确定软化项系数的简单方法.