基于弯曲实验的DP980力学性能研究

目的 针对仅通过单向拉伸实验无法准确表征金属板材在弯曲成形过程中的力学性能变化的问题,研究通过弯曲实验获取材料力学性能参数.方法 对高强钢DP980展开力学性能测试研究,主要通过弯曲实验对材料弯曲变形过程中形成的弯矩曲率进行测试,将得到的弯矩曲率转化为应力-应变.分别将弯曲和拉伸得到的应力-应变数据导入到三点弯和辊弯成形有限元仿真中,预测板材的成形角度.结果 DP980弯曲变形时的屈服强度要大于轴向拉伸时的屈服强度;分别利用弯曲和拉伸实验测得的应力-应变数据进行仿真,与三点弯实验结果对比发现,采用弯曲实验得到的应力-应变数据对回弹量的预测偏大,而利用拉伸实验得到的应力-应变数据进行仿真,仿真得到的回弹量则偏小,弯曲实验下变形过程中的应变变化数据更加符合真实过程,与辊弯实验对比发现,利用弯曲实验数据进行仿真可以更准确地预测V形板的最终成形角度.结论 相较于单向拉伸实验,通过弯曲实验获取的材料力学性能参数可以更准确地描述材料在三点弯、辊弯成形过程中的力学性能变化.     

超高强铁素体-马氏体双相钢在动态拉伸变形条件下组织和性能研究

通过分段淬火连续退火实验,获得两组铁素体晶粒尺寸大致相同、马氏体体积分数不同的双相钢。选取应变速率为10-4s-1进行准静态拉伸实验;选取应变速率为500s-1和2250s-1在分离式霍普金森拉杆技术进行动态拉伸实验。利用动态因子、Feret比率等定量分析方法研究超高强铁素体-马氏体双相钢在动态拉伸变形条件下的组织和性能。结果表明:应变速率效应在双相钢的动态变形行为中主要起强化作用;马氏体体积分数越低的双相钢应变速率敏感性越大;相比抗拉强度而言,超高强冷轧双相钢屈服强度的应变速率敏感性更大。计算在应变速率为2250s-1动态拉伸变形下产生绝热温升分别为98K和89K,并抵消部分应变速率强化作用。     

GH5188合金板材高温拉伸变形流动行为与本构方程研究

目的 研究GH5188合金板材高温拉伸变形流动行为,为高温合金板材高温成形工艺的制定和优化提供指导。方法 基于GH5188合金板材高温拉伸试验,分析了变形工艺参数对GH5188合金板材高温拉伸变形时真应力、应变速率敏感性指数和应变硬化指数的影响规律,建立了本构模型对其流动行为进行描述和预测。结果 GH5188合金板材高温拉伸变形流动行为受应变硬化、流动软化和应变速率硬化的共同影响,其变形过程分为弹性变形、加工硬化、稳态流动和断裂4个阶段。随变形温度的升高和应变速率的降低,真应力减小。变形温度、应变速率和真应变对GH5188合金板材的应变速率敏感性指数和应变硬化指数具有显著影响。基于Johnson-Cook和Hensel-Spittel模型,建立了考虑应变硬化效应、流动软化效应和应变速率硬化效应耦合影响的GH5188合金板材高温拉伸变形本构模型(JC-HS模型),采用该模型预测的真应力与试验值的平均相对误差为6.02%。结论 建立的JC-HS模型能够较好地描述和预测GH5188合金板材的高温拉伸流动行为。     

ZL205A铝合金动态力学性能及其本构模型

目的 研究ZL205A铝合金在不同温度和不同应变速率下的流动应力行为,为材料数值模拟提供参数依据。方法 利用高低温电子万能材料实验机和霍普金森压杆设备,在不同变形温度(20~400 ℃)和应变速率(10⁻⁴~2 200 s⁻¹)下进行准静态拉伸实验、高温拉伸实验以及高应变率动态压缩实验。对实验所得真应力-应变曲线进行力学性能分析,考虑到霍普金森实验下的材料绝热温升,构建了ZL205A铝合金的Johnson-Cook本构模型,并将该模型与实验数据进行比对验证。结果 在室温低应变率(20 ℃、10⁻⁴~10⁻¹ s⁻¹)条件下,随应变率的增大,材料的流动应力变化不明显;当材料屈服后,随着应变的增大,材料流动应力增大的趋势变大,应变硬化作用占主导。在室温高应变率(20 ℃、500~2 200 s⁻¹)条件下,材料的屈服强度和流动应力与室温低应变率时的数据变化不大,考虑到高应变率下的实验时间短、变形大,材料变形产生的热量来不及散出,受温度升高的影响,材料在高应变率范围内的应变率强化效应不明显。在高温低应变率(100~400 ℃/0.001 s⁻¹)条件下,材料的屈服强度和流动应力随温度的升高而迅速降低,表现出较高的温度敏感性,当温度高于200 ℃时,材料产生拉应力回调现象。结论 根据材料真应力-应变曲线,获得了材料的Johnson-Cook本构参数,该模型能较准确地预测材料在不同状态下的流动应力行为。     

多晶Ti纳米柱塑性变形的分子动力学模拟研究

利用分子动力学模拟研究多晶Ti纳米柱的力学行为和位错反应机制，比较分析不同变形温度和承载条件对多晶Ti纳米柱应力应变关系及其塑性变形行为的影响。模拟结果显示，随着温度升高，多晶Ti纳米柱屈服强度降低，且在不同温度下，屈服强度所对应的应变量未发生明显变化。在整个变形过程中，主要的位错类型为Other和■类型位错，随着温度升高，位错总长度减小。多晶Ti纳米柱压缩变形与拉伸变形应变响应不对称，拉伸屈服强度略高于压缩屈服强度，晶界缺陷在拉伸变形中响应更加明显。     

高强钢-铝合金材料的流动应力模型研究及应用

目的 研究常温下无铆连接中高强钢与铝合金材料的应力-应变关系以及本构模型的预测效果.方法 通过拉伸试验初步研究材料性能,主要包括屈服强度、拉伸强度和伸长率等;然后采用4种流动应力模型描述塑性段,即本构模型,分别对两种材料的应力-应变关系进行表述.随后采用相关系数R值和平均绝对相对误差EAARE值评价4种模型预测应力的效...     

Cr-Mo-B系机械工程用钢高温流变行为及热加工图

在变形温度为850~1150℃、应变速率为0.1~10s -1 的条件下,对Cr-Mo-B系机械工程用钢进行高温热压缩实验。基于真应力-应变曲线,建立输入参数为温度、变形速率、应变和输出参数为流变应力的人工神经网络(ANN)模型。结果表明:神经网络模型的预测精度高,其预测流变应力的均方根误差为1.3858。根据动态材料模型理论(DMM),构建并分析材料在真应变为0.5和0.7时的热加工图,确定了最佳热变形工艺参数:当真应变ε=0.5时,变形温度为1050~1150℃、应变速率为0.1~0.4s -1 区域的功率耗散因子η≥37.20%;当真应变ε=0.7时,变形温度为1000~1150℃、应变速率为0.1~0.6s -1 区域的功率耗散因子η≥35.80%。     

曲轴用34CrNiM06高强结构钢的热变形行为研究

采用Gleeble-2000热模拟试验机,在950～1150℃的压缩温度、0.001～1s-1的应变速率条件下,对一种曲轴用34CrNiMo6高强结构钢进行高温压缩变形试验,获得了该材料的流变应力曲线.通过分析研究数据,获得了该材料的热变形方程、热变形激活能、Z参数等相关数学模型;材料的流变应力曲线分析表明,34CrNiMo6钢的高温流变应力随变形温度的降低和应变速率的增加而逐渐增加;在变形过程中,变形温度和应变速率均对34CrNiMo6钢的动态再结晶和动态回复产生重要影响,升高变形温度或降低应变速率,均有利于变形过程中动态再结晶的发生,有助于变形材料的晶粒细化.     

中碳合金钢奥氏体变形应力应变分析及屈服强度的预测

奥氏体变形会影响合金钢中的相变和组织,奥氏体变形时的应力-应变影响因素比较复杂,涉及变形温度、应变速率甚至应变诱导相变的影响。本文以0.38C-1.44Si-0.82Mn-0.9Cr-0.25Mo-0.078V钢为对象,在Gleeble3500试验机上进行热模拟压缩变形实验,研究了不同变形温度下应力-应变的变化规律以及变形压缩样品的显微组织。结果表明,随着变形温度增加,应力逐渐降低,当变形温度为400℃时,因过冷奥氏体变形会诱发相变,产生了束状组织,导致应力随应变急剧增加,相较于其它较高温度的变形,呈现更大的加工硬化现象;此外,通过添加拟合参数对现有Medina模型和Eres-Castellanos模型进行拟合修正,使用修正后的模型计算本实验钢的屈服强度,结果表明其预测屈服强度与实际屈服强度基本吻合,建立了本实验钢奥氏体屈服强度预测模型,可以为其奥氏体变形工艺提供指导。     

AZ31B镁合金管材热态内压成形性能的研究

为了研究变形镁合金AZ31B管材的热态内压成形性能,通过单向拉伸测试了不同温度和应变速率下其力学性能的变化,通过胀形实验研究了温度对内高压成形性能的影响,以及相应变形条件下微观组织的变化.实验结果表明:在20～300℃时,AZ31B的屈服强度和抗拉强度随着温度的升高而降低,总伸长率随着温度的升高而提高,均匀伸长率随着温度的升高先增大后减小;当应变速率在0.001～0.1s-1时,屈服强度和抗拉强度随应变速率的增大而升高,总伸长率随着应变速率的增大而减小,均匀伸长率随着应变速率的增大先增加后减小;当温度在20～250℃时,镁合金管材的极限胀形率随温度的升高先增大后减小,在175℃时达到最大值.微观组织观察表明,175℃下不完全动态再结晶和孪晶两种微观组织的出现是使镁合金管材极限胀形率提高的主要原因.     

强动载荷下焊接钢板力学性能及本构模型研究

为研究强动载荷下船用焊接钢板的力学性能。开展了典型船用焊接钢板母材、焊缝和热影响区的准静态拉伸试验、高温拉伸试验及SHPB动态压缩试验,分析了焊接钢板材料在不同应力状态下的力学行为,基于力学性能试验结果拟合了焊接钢板母材、焊缝和热影响区材料的本构模型。结果表明:准静态条件下,与母材相比,焊缝和热影响区材料的屈服强度与抗拉强度偏大,延伸率偏小;高应变率下,热影响区材料抵抗塑性变形的能力明显强于其他两种材料,且随着应变率的增加抵抗塑性变形的能力呈增强趋势;焊接板母材、焊缝与热影响区材料均表现出应变率效应和温度效应;热影响区是焊接板抗冲击性能相对薄弱的区域。建立的Johnson-Cook模型可以描述强动载荷下焊接钢板的力学性能。     

HSLA TRIP钢的动态拉伸行为及其模拟

研究了HSLA TRIP钢的相变诱发塑性,并模拟了其动态流变行为．结果表明,HSLA TRIP钢是应变率敏感的,屈服强度和抗拉强度均随着应变率的提高而增大,断裂延伸率降低．其变形机理是应变率硬化、绝热软化和残余奥氏体的应变诱发相变等因素的综合作用．计及拉伸流变过程中准静态向热激活、热激活向粘性拖曳及热激活和粘性拖曳综合作用和高应变率热软化特性,计算结果与实验具有较好的一致性．在高应变率拉伸变形过程中HSLA TRIP钢的塑性功热转化率为0．8-0．9．     

304不锈钢箔材在不同应变速率下的拉伸性能研究

304不锈钢是一种常用的奥氏体不锈钢.在拉伸应变过程中,应变速率的变化会诱发马氏体转变量和转变速率,以及内部组织滑移线、位错、层错、形变孪晶密度的转变量和转变速率的不同,从而表现出不同的应变硬化行为.本文针对0.1 mm厚度304奥氏体不锈钢箔材,从断后伸长率,断面收缩率,屈服强度,抗拉强度及硬化指数5个方面,研究了室温条件下不同应变速率对其拉伸性能的影响.实验结果表明：马氏体转变理论同样适用于304奥氏体不锈钢箔材, 且0.1 mm厚度304不锈钢存在“越薄越脆,越小越强”的尺寸效应现象;同时,0.1 mm厚度304奥氏体不锈钢箔材拉伸力学性能随应变速率的变化主要表现在以下几方面：断后延伸率和断面收缩率均随着应变速率的增加而降低;低应变速率时,随着应变速率的增加屈服强度增大,而抗拉强度随应变速率的提高呈现减弱的相反规律;高应变速率下,304奥氏体不锈钢的强度主要由材料本身性能决定,应变速率的改变对强度的影响较小;准静态低应变速率下,硬化指数随应变速率增大而升高,较高应变速率下,硬化指数与应变速率变化无关.     

三种建筑钢筋材料高应变率下拉伸力学性能研究

钢筋混凝土结构除承受静载荷外,在恐怖袭击、燃气管道爆炸等特殊情况下还会承受动态载荷的作用,因此,研究其组成材料之一的钢筋材料在动态载荷作用下的力学性能,对于研究钢筋混凝土结构整体在动态载荷作用下的力学响应有重要意义。该文首先利用旋转盘冲击拉伸试验系统对3种常用建筑钢筋材料(HPB235、HRB335和HRB400)在400 s-1~2000 s-1应变率范围内的动态拉伸力学性能进行试验研究,然后根据试验数据,分析应变率对屈服强度的影响规律,并对常用的Johnson-Cook本构模型进行修正,以获得可以更好描述这3种钢筋材料动态拉伸应力-应变关系的本构模型及相关的材料参数。研究结果表明:3种钢筋材料的屈服应力均随应变率的增大而增大,而静载屈服应力越低的钢筋对应变率越敏感;修正后的Johnson-Cook本构模型能较好地描述3种钢筋材料的动态拉伸应力-应变关系。     

Quasistatic and dynamic crushability of polymeric foams in rigid confinement

An approach was developed for investigating the crushability behavior of epoxy-based, low-density structural polymeric foam (initial bulk density 0.81 g/cm³ was used for test illustration) under quasistatic and high strain rate conditions in rigid confinement. Quasistatic crushability tests were conducted in a steel confinement cell using an MTS material testing system and the high strain rate (dynamic) crushability behavior was investigated by placing a foam specimen in a steel confinement tube and then loading the specimen using two different split Hopkinson pressure bar systems, namely, a magnesium bar and steel bar. The dynamic deformation characteristics were obtained using a multi-step incremental loading procedure. It was found that these foams exhibited large uniform inelastic deformation during the confined loading. It is verified that multi-step incremental loading can be used to construct the complete stress–strain response curve for the specimens under both quasistatic and dynamic loading conditions. A phenomenological constitutive model was then applied to parametrically describe the crushability response and to determine the rate sensitivity of the foams. The rate sensitivity of yield stress was found to be around three under rigid confinement.     

单向预应变对X70大变形管线钢拉伸性能的影响

对X70大变形管线钢进行应变量小于2.5％的单向预拉伸和预压缩应变处理,而后卸载,再次拉伸至断裂,研究单向预应变对管线钢拉伸性能的影响.结果表明:同种单向预应变时,不同预应变量下管线钢的弹性变形、屈服变形和形变强化特征基本相同,弹性应变总体上随预应变量的增大而增大;预拉伸后再次拉伸时,管线钢在应变ε小于0.5％即发生屈...     

GCr15SiMo钢的动态及高温力学行为EI北大核心CSCD

以GCr15SiMo钢为对象,研究热处理工艺对其微观组织的影响规律,并利用霍普金森杆和GNT100-2型高温拉伸试验机,分析不同组织结构GCr15SiMo钢的动态及高温力学行为。结果表明:淬火温度由800℃升高至920℃,GCr15SiMo钢中M_(3)C型碳化物颗粒的质量分数由2.319%减少至0%;动态压缩过程中,GCr15SiMo钢的失效应变均随应变速率的增加而增大,在真应变分别为0.2和0.8时,随着淬火温度的升高,GCr15SiMo钢流变应力分别下降13.45%,21.44%,27.49%和31.79%,流变应力迅速下降主要与组织结构和动态压缩变形时的绝热剪切机制有关;在高应变速率条件下,GCr15SiMo钢的宏观变形由镦粗转变为沿45°方向的剪切破坏,绝热剪切机制是导致变形行为变化的主要原因之一,且组织结构是影响材料绝热剪切敏感性的关键因素之一;GCr15SiMo钢动态压缩变形过程中形变升温在117~333℃之间,M_(3)C碳化物颗粒回溶是其高温性能呈现抗拉强度增加、屈服强度降低的关键因素之一;淬火温度为920℃时,GCr15SiMo钢的组织为均匀一致的孪晶马氏体,孪晶马氏体中的亚晶界可有效阻碍位错运动,在拉伸应力作用下表现出明显的应变硬化现象,应力-应变曲线较淬火温度800℃时呈现更显著的上升趋势。     

Tensile and work hardening properties of low carbon dual phase strip steels at high strain rates

Abstract

As a result of their unique combination of strength and ductility dual phase steels play an important role in reducing weight in automobile components and improving crashworthiness. The purpose of this paper is to quantify the crash performance of dual phase steels, as defined by the influence of low and high strain deformation rates (0·001 s^-1 and 100 s^-1 respectively), on the tensile and work hardening properties of a range of commercial dual phase products. The objective is to establish whether dual phase steels maintain their desirable mechanical property characteristics of low yield strength, high tensile strength and high work hardening rates during plastic deformation under the application of a high strain rate loading. The results confirmed that the yield/proof strength and tensile strength increased with increasing volume fraction of second phase constituents and increasing strain rate. In particular, a dual phase steel with a microstructure consisting of a significant volume fraction (>10–15%) of additional second phase material (bainite) is shown to display superior energy absorption properties. However, this is accompanied by poor ductility and work hardening characteristics.     

屈服准则用于高强度热轧钢板的适用性分析

为确定适合描述高强度热轧钢板变形行为的屈服准则,采用Hollomon流动应力方程和三种屈服准则对几类高强度热轧钢板在不同应变路径下达到成形极限的成形过程进行了模拟.比较了Barlat(1989)、Hill(1948)、Barlat六参数3种屈服准则,对热轧酸洗板QStE340TM、SAPH370和热轧镀锌板ZStE260P在单向拉伸、平面应变和双向等拉3种应变路径下的变形过程进行了比较.结果表明,Barlat(1989)屈服准则能较好地描述单元的变形行为,且在平面应变路径下的模拟结果最符合实验结果.     

Dual phase versus TRIP strip steels: comparison of dynamic properties for automotive crash performance

Abstract

The need to simultaneously reduce vehicle emissions and increase the safety of passengers is encouraging the automotive industry to incorporate new technologies and materials into today's vehicles. To remain competitive, the steel industry has developed steel grades with increased energy absorbing properties allowing down gauging of body in white components to address the competition from alternative materials such as aluminium alloys and composites. Two of the more important developments are the introduction of dual phase (DP) and transformation induced plasticity (TRIP) grades for the automotive industry. These grades offer superior strength/formability and work hardening properties compared to conventional high strength grades of similar tensile strength. Utilising thinner gauge components with increased energy absorbing properties would permit addressing the mass/safety issues by the automotive industry. This paper relates the crash performance of a range of both commercial and experimental DP and TRIP grades. Dynamic tensile testing was performed at low and very high strain rates within the range of 0·001–200 s^?1, to allow an extensive analysis of the effect of strain rate on the material properties. Crash testing was also performed on closed top hat sections at low, medium and high strain rates and the results compared to the dynamically tested tensile specimens. This study helped clarify the enhanced performance offered by high strength DP and TRIP strip steel grades during dynamic tensile testing and impact loading conditions. This advantageous behaviour is attributed to the favourable microconstituents present in these novel grades and their deformation characteristics. This paper concentrates only on the crash properties measured from dynamic tensile tests. The microstructural analysis is presented in a separate publication.