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。     

细晶T2纯铜动态力学性能及本构模型

晶粒大小是影响多晶金属材料力学性能的重要因素之一,研究细晶T2纯铜在高温、高应变率下的动态力学性能并建立其本构模型对切削加工有着重要意义。通过电子力能测试仪进行T2纯铜试样准静态压缩试验,并利用霍普金森压杆装置完成了不同应变率和不同温度的动态压缩试验。试验结果表明,纯铜材料具有明显的应变强化效应和温度软化效应,其动态压缩下的强度高于准静态压缩,但在高应变率区域内,并无明显的应变率强化效应。基于Johnson-Cook本构模型得到了细晶T2纯铜本构方程参数,拟合曲线与试验结果吻合较好。     

先进高强钢DP780板料温成形本构参数识别

先进高强双相钢板料温成形的本构模型参数识别,是提高塑性变形行为仿真准确度的关键.通过建立基于拉丁超立方抽样法和Spearman秩相关性分析法的本构模型参数敏感度分析方法,进而实现了参数敏感度的整体性分析.然后结合敏感度分析结果、DP780钢单向拉伸试验以及拉伸过程有限元模拟,构建了不同温度下的距离函数和材料本构参数之间...     

基于改进粒子群算法的高强钢Y-U本构模型参数反演

建立Y-U本构模型参数反演的数学优化模型,针对本构模型迭代求解等特点,对传统粒子群算法的参数设置、初始群体生成等方面进行改进,并融合遗传算法中的变异思想,用于此优化问题的求解。根据高强钢材料WELDOX1100的拉压循环试验数据对模型中的7个参数进行反演。最后进行折弯回弹有限元计算和试验,验证了反演结果的准确性。结果表明,该反演算法收敛性好、精度高,反演结果对提高高强钢成形的数值模拟精度具有重要意义。     

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)...     

金属材料本构模型的研究进展

介绍了金属材料加工硬化、动态回复和动态再结晶流变行为的传统本构模型;概述了统一本构理论模型的产生、通用形式和共同特点,并对Miller、Walker、B-P和Chaboche等几种典型的统一本构模型重点进行了介绍。     

7003铝合金本构模型参数和力学性能研究

通过动、静力学试验获得了7003铝合金材料在不同应力三轴度和不同应变率条件下的应力-应变曲线和材料断裂特性参数,利用试验结果拟合了对应变率敏感的Johnson-Cook材料本构模型参数。试验结果表明7003铝合金是一种典型的塑性金属材料,断裂破坏过程具有一定的应变率敏感性,且断裂应变随着应力三轴度增高而降低;通过LSDYNA仿真软件模拟了7003铝合金零件的断裂全过程,仿真结果与试验吻合良好,研究结果可以为7003铝合金薄壁类零件的设计和分析提供参考。     

TC4-DT钛合金材料动态力学性能及其本构模型

利用同步组装的高温分离式Hopkinson压杆试验装置,对TC4-DT钛合金材料分别进行了常温下不同应变率（930~9700s-1）和应变率为5000s-1时不同温度下（20~800℃）的动态力学性能测试,获得了各种冲击载荷下的应力-应变曲线。试验数据表明,TC4-DT材料具有应变率增塑效应且存在着临界应变率值,当应变率高于此值时应变率敏感性增强明显,此外随着材料加热温度的升高,软化效应减弱。利用试验所得的数据拟合了基于Power-Law和Johnson-Cook两种热-黏塑性本构方程且获得这两种动态本构模型参数,并将所得的两种拟合曲线与试验所得数据进行对比分析,结果表明两曲线吻合度都较好,此外还对这两种曲线的拟合精度进行对比,对比结果表明两种模型的拟合误差相差不大,但是Power-Law模型拟合精度要略优于Johnson-Cook模型的拟合精度。     

Ti-6Al-4V动态力学性能与本构关系研究

采用分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对钛合金(Ti-6Al-4V)进行动态压缩试验,获得不同温度和应变率的真实应力—应变曲线,分析了钛合金在应变率2000/s～10000/s、温度20℃～800℃范围内的动态力学性能,通过试验数据拟合得到Johnson-Cook(J-C)本构方程。试验研究结果表明,常温(20℃)条件下Ti-6Al-4V具有明显的应变和应变率强化效应,同时应变和应变率强化效应逐渐减弱,800℃时几乎没有应变和应变率强化效应;随着温度的提高,不同应变率的应力均近似线性下降,表现出明显的热软化效应;在应变硬化和热软化耦合作用下,试样剪切区产生绝热剪切破坏;所得的J-C本构模型较好地拟合了真实应力应变值及变化趋势。     

应变时效对双相钢和低合金高强钢屈服强度及应变硬化率的影响

通过力学性能测试和显微组织观察研究了应变时效对双相钢和低合金高强钢屈服强度及应变硬化率的影响。结果表明:经过2%预应变之后,双相钢的屈服强度提高了106MPa,低合金高强钢的屈服强度提高了28MPa;预应变之后再经历烘烤,双相钢的屈服强度提高了149MPa,而低合金高强钢的屈服强度只提高了66MPa;预应变或烘烤硬化之后,两种钢的应变硬化率均降低,但双相钢仍然具有很强的应变硬化能力,其应变硬化率接近于低合金高强钢未预应变条件下的;铁素体马氏体组织赋予了双相钢比低合金高强钢更强的应变硬化能力。     

混凝土内部受压力学性能试验与本构分析

为了精准测量受压混凝土内部应力-应变关系,通过在丙烯酸树脂杆上布置电阻式应变片,测量得到混凝土试块内部应变,研发大量程微型土压力盒实现混凝土内部应力测量。将相关测试装置预埋在混凝土试块内部,完成混凝土试块单轴压缩试验,获得精准的混凝土内部应力-应变关系数据。结果表明,混凝土内部本构模型相对于传统本构模型具有良好的延性,且峰值强度远高于传统本构模型。结合国内外几种具有代表性的混凝土本构方程对试验进行了有限元模拟,针对应力-应变曲线、峰值强度及峰值应变进行了对比分析。分析结果表明：实测的混凝土内部应力-应变曲线合理准确,相关测量方法具有良好的精度和可行性;基于我国规范模型的有限元模拟结果与试验结果吻合最好,可进一步推广使用。     

高强钢变模量随动强化本构模型匹配与解耦标定策略研究

高强钢通过微观组织调控获得高强度,但不同牌号高强钢微观的不均匀变形和微观诱导塑性机理不同,使得高强钢卸载及反向加载行为更加复杂,并且牌号间差异增大,为此给出模型自适应匹配及参数解耦匹配的系统化策略,实现了高强钢回弹精确预测。首先建立幂函数和指数函数混合硬化模型,基于混合模型给出自由弯曲加载的弯矩平衡方程和曲率约束方程,基于变模量模型构建截面弹性弯矩的积分方程,基于加载和卸载解析模型建立逆向识别卸载参数的子优化模型。确定变模量线性随动强化、变模量非线性随动强化模型和含边界面的变模量随动强化模型的匹配策略。基于自由弯曲、单向拉伸和拉压试验数据,确定相应本构的子优化模型参数的优化次序,最终形成本构匹配及其参数解耦标定的系统化策略,并基于Fortran语言开发标定程序库。建立U形弯曲件和弧形弯曲件预测模型,分别对DP980和DH980两种高强钢不同应变水平下的识别结果及回弹预测结果进行对比分析,验证了解耦标定策略不仅提高了不同牌号数据的相关度,而且大幅度提升了同一牌号下的模型精度和稳定性,为基于数据的材料性能统一自辨识方法研究奠定了基础。     

高强铝合金热塑性变形本构关系研究现状及发展趋势

高强铝合金热成形工艺条件下的变形行为表征,需要在考虑温度、应变速率及应变影响的基础上结合微观演化行为建立热塑性本构关系。总结了高强铝合金热塑性变形本构关系相关研究成果。研究结果表明:广泛应用的唯象本构模型通过修正模型参数可以充分耦合应变、温度及应变速率作用,并准确地预测不同变形条件下的流动应力,然而缺乏对变形机制的明确解释,使得唯象本构模型对试验温度、应变速率变化范围较大以及试验条件范围外的变形行为预测精度难以得到保证;基于物理意义的本构模型能够模拟位错密度、晶粒尺寸及动态再结晶等微观演化过程,对流动应力进行精确计算,展现了强大的宏微观变形预测能力,是高强铝合金热塑性变形本构关系的研究趋势。     

铁素体晶粒尺寸对铁素体—马氏体双相钢DP980动态变形行为影响

为了研究铁素体晶粒尺寸对铁素体—马氏体冷轧双相钢DP980动态变形行为的影响,通过连续退火试验,得到两组马氏体体积分数相同、而铁素体晶粒尺寸不同的试样。选取应变速度为1×10-4s-1和1×10-2s-1进行准静态拉伸试验;选取应变速度为500 s-1、1 000 s-1和1 750 s-1在分离式霍普金森拉杆(Split Hopkinson tensile bar,SHTB)上进行动态拉伸试验。使用不考虑晶粒尺寸影响的Johnson-Cook(J-C)率相关模型和考虑晶粒尺寸影响的修正的Khan-Huang-Liang(KHL)率相关模型分析双相钢的动态变形行为,并引入可决系数R2来判定试验结果与模型的吻合关系。分析结果得出修正的KHL模型与试验结果吻合较好,其可决系数R2达到了0.998 7,表明修正的KHL模型可以很好地描述DP980材料在低应变速度和高应变速度下的变形行为,能够反映铁素体晶粒尺寸对DP980动态变形行为的影响。     

6061-T651铝合金动态力学性能及J-C本构模型的修正

为合理描述6061-T651铝合金的应力流动行为,利用万能材料试验机和霍普金森压杆,分别进行准静态、高温和高应变率下的材料力学性能测试,获得材料在不同条件下的应力应变曲线。基于试验结果,修正Johnson-Cook本构模型得到MJC(Modified Johnson-Cook)模型,并标定MJC模型各项参数。为校验MJC模型及参数的有效性,利用一级气炮发射直径为5.95mm的圆柱弹体冲击刚性靶的Taylor杆试验以及直径为12.68mm的刚性弹撞击厚度为2mm靶板的试验。最后,采用ABAQUS/Explicit有限元软件建立Taylor杆和弹靶冲击试验的三维模型,基于MJC本构模型进行Taylor杆冲击、以及结合MMC(ModifiedMohr-Coulomb)断裂准则进行弹靶冲击的数值模拟计算。研究结果表明,修正的MJC本构模型能够有效地描述6061-T651铝合金材料在大应变、高应变率和高温下材料的应力流动行为和变形行为。     

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...