7075-T6铝合金动态力学试验及本构模型研究

分别采用电子万能试验机、高速液压伺服试验机和分离式霍普金森拉杆(SHTB)装置进行了7075-T6铝合金材料在室温下的准静态、中应变率和高应变率动态力学性能试验。获得了该材料不同应变率下的应力-应变曲线,结果显示:7075-T6铝合金具有明显的应变率强化效应;随着应变率的提高,试件断口处颈缩现象越发明显。拟合出了能够反映材料应变硬化效应、应变率强化效应的Johnson-Cook本构方程,对方程中的应变率强化项进行了修正,使拟合结果与试验结果吻合得更好。     

2219铝合金动态力学性能及其本构关系

针对2219铝合金在高温、高应变率加工条件下的变形特征以及流动应力变化规律,利用分离式Hopkinson压杆设备对该合金进行了室温以及高温动态压缩力学性能研究,并利用电子万能试验机对其进行准静态压缩力学性能测试,得到了2219铝合金在不同应变率和温度下的真实应力-应变曲线。结果表明:2219铝合金对温度有较高的敏感性,其流动应力随着温度的升高而降低;当应变率在1000~3000s-1范围内时,材料的流动应力变化并不明显;基于Johnson-Cook模型拟合出的模型参数,能较好地预测实验中材料的流动应力。     

铝合金7050-T7451高温高应变率本构方程及修正

通过分离式霍普金森压杆(SHPB)及准静态压缩实验研究铝合金7050-T7451高温高应变率下流变应力特征,利用准静态实验数据获得本构方程应变强化参数,利用SHPB实验数据获得室温下不同应变率(400～2500s-1)的应变率强化参数,以及应变率为2500s-1不同温度下(250～600℃)的热软化参数.利用不同幂次多项式对Johnson-Cook本构方程的热软化项拟合,最终选择五次多项式作为修正后本构方程热软化项.利用修正后本构方程对不同温度条件下应力应变曲线进行预测,实验数据与预测曲线表现出良好一致性.     

低应变率下聚乙烯醇缩丁醛的拉伸力学性能

通过27种工况下的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)低应变率直接拉伸试验,研究了低应变率下PVB拉伸力学性能,并考虑了厚度、应变率和温度对其的影响。试验结果表明,试件厚度和加载应变率对PVB的力学行为影响较小,温度对其力学行为影响较大,说明PVB是一种温度敏感材料。基于不同温度下得到的试验结果,拟合了PVB应力-应变关系。采用拉伸松弛试验得到的松弛模量,应用时-温等效原理和弹性回复对应原理,建立了考虑松弛效应的PVB拉伸本构关系。     

Fe-36Ni高温高应变率动态力学性能及其本构关系

为研究Fe-36Ni因瓦合金的动态力学性能及其本构关系,在20～800℃和10-3～104 s-1的应变率内,采用电子万能试验机和高温分离式霍普金森压杆分别对Fe-36Ni因瓦合金进行准静态实验和动态压缩实验,得到其高温、高应变率下的应力-应变曲线.结果表明,Fe-36Ni因瓦合金的流动应力表现出较强的应变率和温度敏感性,随着应变率的增大而增大,随着温度的升高而减小.采用改进应变率项和温度项的Johnson-Cook本构方程拟合了Fe-36Ni因瓦合金在高温、高应变率下的动态塑性本构关系,拟合结果与试验数据吻合很好.     

高抗冲聚苯乙烯的应变率敏感性及粘塑性本构关系

对高抗冲聚苯乙烯（HIPS）在应变跨越10^-4-10^1量级的范围内的拉伸力学性能作了实验研究，实验结果显示HPIS是一种应变率敏感的材料，其拉伸力学性能对应率敏感程度可分为高中低三个区域，在此基础上讨论了这类材料的粘塑性本构关系。     

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。     

汽车用2024-T351铝合金的动态力学行为各向异性

采用拉伸机、扫描电子显微镜(SEM)及光学显微镜(OM)等研究了汽车用2024-T351铝合金的动态力学行为各向异性与微观组织演变。结果表明,2024-T351铝合金表现出明显的各向异性且应变率对力学性能与微观组织有一定的影响。相同应变率下,0°方向上的应力最大,45°方向上的应力最小。在0°方向上,合金的抗拉强度随应变率的增加变化相对较小,而屈服强度、延伸率和断面收缩率呈现先增加后保持不变最后持续增加的趋势;在45°和90°方向上,合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率与断面收缩率均随着应变率的提高呈现先增加后保持不变最后持续增加的趋势;90°方向相比于其他两个方向有着更强的应变率敏感性。拟合得到三个方向上的Johnson-Cook本构方程,其可以很好地预测2024-T351铝合金在各个方向上的动态力学行为。所有试样断口表面均有大小不一的韧窝,且应变率越高形成的韧窝就会越大且越深。断后晶粒尺寸与方向和应变率基本无关,但晶粒纵横比受方向和应变率的影响较大。     

高应变率下岩石本构特性的研究

高应变率下岩石的动态本构关系和力学特性,目前主要是利用SHPB装置等来获得．基于统计学和损伤力学的观点,建立岩石在高应变率下的动态本构模型是进一步研究爆破机理、爆炸应力波传播、爆破参数优化的基础。理论和实验证明,本文推荐的4种动态本构模型与试验结果有较好的一致性,对进一步研究岩石的动态力学性质奠定了基础．     

铝合金LC4和LY24CZ在高应变率拉伸和压缩下的本构关系

对国产沉淀硬化铝合金（ＬＣ４和ＬＹ１２ＣＺ）进行静态和动态的拉伸与压缩试验研究。应变率范围为１０＾－４ｌ／ｓ－１０＾３ｌ／ｓ。结果表明，ＬＣ４和ＬＹ１２ＣＺ都是应变率不敏感材料，它们对变率的不敏感性可以用率相关位错理论来解释。试验还发现压缩应力－应变曲线高于拉伸应力－应变曲线，并用细观损伤的观点进行了初步探讨。     

Experimental investigation and numerical prediction of fatigue crack growth of 2024-T4 aluminum alloy

Compact specimens were employed to study fatigue crack growth of 2024-T4 aluminum alloy under constant/variable amplitude loading. Apparent R-ratio effect under constant amplitude loading was identified with the nominal stress intensity factor range. Fatigue crack growth rates predicted by a unified model agreed with the experimental data well. Single tensile overload resulted in significant retardation of crack growth which was fully recovered after propagating out of overload-affected zone. Retarded crack growth induced by three-step sequence loading was heavily dependent on two sequence loading parameters. The influence of variable amplitude loading on crack growth was reasonably characterized by Wheeler’s model.     

Study of microstructural and mechanical properties of weld heat affected zones of 2024-T3 aluminium using Gleeble simulation

Abstract

The effect of the microstructural properties on the mechanical properties of welding thermal cycles and post-weld heat treatment of the heat affected zone (HAZ) in 2024-T3 aluminium alloy has been investigated. Gleeble HAZ simulation, differential scanning calorimetry, TEM and tensile test have been utilised to investigate the regions representative of HAZ microstructures. The decay of strength in the weld HAZ is primarily due to the precipitation and coarsening of stable S phases. The welded HAZ in the region at peak temperature of 414°C has the lowest strength after natural aged temper. Post-weld T81 artificial aging (PWAA-T81) heat treatment at 190°C for 12 h has no effect on improving the HAZ strength; the HAZ strength of 2024-T3 alloy obtained by PWAA-T81 treatment is less than that obtained by natural aging, and its lowest strength is shifted to the region of the peak temperature, which is 452°C. Scanning electron microscopy observation reveals that the fracture mode changes from transgranular to intergranular failure when the 2024 specimen is exposed to a thermal cycle up to a peak temperature of 550°C. This is caused by the liquation of grain boundary segregates or formation of a eutectic structure while the specimen is subjected to high temperature thermal cycles during welding, which results in a decrease in the strength and ductility of the grain boundary. It is also shown that the decrease in ductility in this high temperature HAZ cannot be improved using the PWAA-T81 heat treatment.     

大尺寸2024-T351铝合金喷丸成形曲率变化规律研究

目的 以喷丸成形工艺下的2024-T351铝合金平板件和单筋件为研究对象,分析弦向及展向曲率半径试验值与拟合值的变形规律。方法 针对试件厚度、喷丸压力、喷丸速度、预弯量4个参数进行喷丸成形操作的正交试验,通过测量成形后曲率的变化规律,分析不同参数组合对平板件和单筋件成形变化规律的影响。结果 在不考虑材料性能波动的情况下,随着平板件厚度和喷丸速度的增大,平板试件的弦向曲率半径和展向曲率半径均呈递增趋势;而随着喷丸压力的增大,平板试件的弦向曲率半径和展向曲率半径则呈现递减趋势,即当平板件厚度和喷丸速度增大时,喷丸成形对平板试件弯曲的影响程度有所增大,曲率半径减小;反之,喷丸成形对平板试验件弯曲的影响程度减小,曲率半径增大。结论 在忽略初始状态并将其假设为自由状态或给定预弯量状态的条件下,随着喷丸速度的增大,单筋试件的曲率半径递增,试验值与拟合值的变化趋势基本相符,二者最大偏差为11.2%。     

Effect of cutting speed and tool rake angle on the fatigue life of 2024-T351 aluminium alloy

Ring-shaped specimens of 2054-T351 aluminium alloy were machined orthogonally on a lathe equipped with a quick-stop device at cutting speeds of 0.5–1.5 m s^?1 with tools having positive rake angles in the range 10–30°. The machined specimens were then fatigued at a selected stress and the resulting fatigue lives were compared with that of the virgin material. The surfaces of the specimens were examined using optical and scanning electron microscopy.The fatigue life of the machined specimens was found to increase with increasing cutting speed or tool rake angle. The fatigue life of the specimens machined at higher cutting speeds was higher than that of the virgin material, due to the presence of compressive residual stresses in the surface layers. At lower cutting speeds the surface damage was so severe that, in spite of the presence of compressive residual stresses in the surface layers, the fatigue life of the machined specimens was lower than that of the virgin material.     

中低应变率下闭孔泡沫铝动态力学性能研究

为探索闭孔泡沫铝的动态力学性能与吸能特性,基于万能材料试验机和高速液压伺服材料试验机在常温下分别对闭孔泡沫铝在准静态和中应变率下(0.001~100s^-1)的动态力学性能进行了测试,分析了不同应变率、不同相对密度和不同泡沫铝基体特性下闭孔泡沫铝的应力应变曲线特征和吸能特性变化。研究结果表明:中低应变率下的纯铝基体泡沫铝并不具备应变率效应,高脆性、相对密度较小的泡沫铝具备更好的吸能特性,塑性和脆性基体泡沫铝变形带分别呈现“V”形和“X”形,脆性基体泡沫铝同样不具备应变率效应。     

Zr35Ti30Cu8.25Be26.75非晶合金在高速率下的高温流变本构模型

为研究锆基非晶合金在过冷液相区内较高温度区间和较高应变速率变形条件下的流变行为,准确描述温度和应变速率对非晶合金流变应力的影响,用Zwick/Roell力学性能实验机对Zr₃₅Ti₃₀Cu_8.25Be_26.75非晶合金进行高温(～1.2T_g)较高速(～10⁰/s)下的压缩实验,分别采用虚应力模型和提出的Maxwell-Pulse本构模型进行了应力、应变关系的表征。结果表明:Zr₃₅Ti₃₀Cu_8.25Be_26.75非晶合金的流变行为具有较强的温度和应变速率敏感性,即随着温度的降低和应变速率的升高,非晶合金的流变应力单调增加,同时其变形行为由平衡态牛顿流变转变为非平衡态的非牛顿流变;对比实验数据和模型预测数据发现,虚应力模型拟合结果偏差较大,误差大于50%,而Maxwell-Pulse本构模型预测值与实验值一致性好,准确率在90%以上,说明Maxwell-Pulse本构模型不仅能够同时描述Zr₃₅Ti₃₀Cu_8.25Be_26.75非晶合金的牛顿流变和非牛顿流变现象,也能够准确地反映Zr₃₅Ti₃₀Cu_8.25Be_26.75非晶合金在高温和较高应变速率变形条件下的应力应变关系。     

TC2钛合金的动态力学特征及其本构模型

使用电子万能试验机和分离式Hopkinson压杆分别测量TC2钛合金的准静态和动态应变下的应力-应变曲线,并结合显微组织的变化研究了高应变率下的动态流动应力特征.结果 表明:应变率为1100-6000 s-1时TC2钛合金具有一定的应变率敏感性,随着应变率的提高显示出明显的应变率增强和增塑效应,但是应变率超过4800 ...     

Estimations of fatigue life and variability under random loading in aluminum Al-2024T351 using strip yield models from NASGRO

This paper is concerned with the application of the strip yield models implemented in NASGRO to estimate fatigue crack growth under random loading. The two different strip yield model options (constant constraint-loss (CCL) and variable constraint-loss (VCL)) implemented in the software are considered and compared. In addition, three crack grow rate relations, obtained from constant amplitude data, the NASGRO material database and the literature, were also considered and compared. The capacity of the models to estimate the fatigue life and variability is analyzed by comparing simulated results with experimental data of fatigue crack growth under different stationary Gaussian random load processes on compact, C(T), specimens of aluminum alloy 2024-T351. The analysis performed showed that both model options provide very similar good fatigue life predictions. The estimated fatigue lives are within ±13% of the test lives with the best option. The variability of the results due to the randomness of the load is also analyzed. In this case, the variable constraint-loss option provides better estimation than the constant constraint-loss option.