铜基粉末冶金多孔材料在高应变率下的力学性能及本构关系

通过实验得出铜基粉末冶金摩擦材料在高应变率下的应力应变曲线，建立该材料的本构模型。在分离式Hopkinson压杆(SHPB)上进行了该材料在10^2/s-10^3/s应变率范围内的冲击试验，弹速范围为4m／s-15m／s，在透射杆上采用半导体应变计技术；在MTS实验机上做了该材料在10^-4s/10^-3/s应变率范围内的准静态实验，分别在应变为0．005、0．01、0．02、0．035时卸载再加载，以验证该材料的粘弹塑性特征。通过分析动态和静态实验曲线，发现该材料在应变率300/s和准静态时有应变硬化效应，但在500/s以上却反映出应变软化效应，得出该材料为含损伤非线性粘弹塑性材料，故提出用适应于脆性材料的粘弹塑性模型和粘塑性项的组合本构模型来拟合该材料应变弱化段的本构方程。所得结果可推广应用于类似烧结合金的材料。     

B280VK钢动态力学性能及其本构模型研究

通过对B280VK低合金高强钢在应变率分别为0.003、20、80、180和530/s下进行高速拉伸试验,对其不同应变率下的动态力学性能进行研究,得到不同应变率下B280VK低合金高强钢的应力-应变曲线,并对不同应变率下的材料延伸率、流变应力、抗拉强度以及显微组织变化进行了分析。试验结果表明,随着材料应变率的升高,B280VK低合金高强钢的流变应力、屈服强度和抗拉强度均增大。另外,基于Johnson-Cook本构模型,建立该B280VK低合金高强钢应变率相关性塑性变形本构模型,本构方程模拟结果与试验结果吻合程度较为良好。     

E-玻璃纤维2D编织层铺增强复合材料的损伤力学本构模型及应用

由拉伸试验获得E-玻璃纤维2D编织层铺增强树脂基复合材料的力学性能,通过弹性力学推导出材料正交各向异性的本构关系,并对本构关系中的刚度矩阵进行数值解析,得到复合材料的弹性本构方程;将结果应用于Hashin强度准则,建立了以连续损伤力学为基础的正交各向异性损伤本构模型。将所建立的弹性及损伤本构关系赋予层合板三维模型,通过ABAQUS/Explicit软件模拟弹丸冲击复合材料层合板的过程,并对模拟结果进行分析。结果表明:当冲击载荷达到材料的临界损伤值(732N)时层合板发生破裂,并在24μs达到最大变形量,此时应力重新分配,且复合材料横截面上的应力在中心处从0向外逐渐增大到509.8MPa;在冲击整个过程中,材料的损伤从中心向四周呈放射状递减。     

Anand模型预测63Sn37Pb焊锡钎料的应力应变行为

通过在温度313K～398K、应变率10^-3％／s～10％／s内的一系列恒应变率拉伸实验，研究63Sn37Pb焊锡钎料的力学行为，发现该材料的应力应变关系与温度和应变率有很大的相关性。采用统一型Anand粘塑性本构方程对该材料在较大温度和应变率范围内的应力应变行为进行数值模拟。结果表明Anand粘塑性方程可以有效地描述63Sn37Pb焊锡钎料在10％应变下的温度和应变率相关粘塑性本构行为。     

纸浆模塑材料压缩力学行为及其本构关系的研究

对纸浆模塑材料的压缩力学行为进行较系统的实验研究,结果表明材料密度和应变率都对其力学性能有一定的影响.随着材料密度的增加,其弹性模量和强度极限都有增加的趋势.随着应变率的增加,其材料的弹性模量有减小的趋势,而强度极限有所增大.利用描述泡沫塑料的经验型本构关系框架,给出一种经验型的纸浆模塑材料本构模型,根据不同密度材料在不同应变率下的压缩实验数据对该模型中的有关系数进行拟合.验证结果表明,提出的本构方程能在一定应变率范围内反映材料的应力-应变关系.     

硬质聚氨酯泡沫动态压缩本构模型研究及有限元仿真

硬质聚氨酯泡沫常被用于缓冲吸能结构,为了更好地在动态加载场景中对该材料进行设计及仿真,需要对其动态力学性能及本构模型进行研究。文章对硬质聚氨酯泡沫进行中低应变率下的动态压缩试验,并进一步分析了应变率对材料性能的影响;使用Avalle模型建立了描述材料压缩力学行为的本构模型,在模型中引入应变率项并基于试验数据的量化分析结果对模型进行了修正;在ABAQUS有限元软件中输入修正后的Avalle本构模型数据,对硬质聚氨酯泡沫进行冲击仿真。研究结果表明：硬质聚氨酯泡沫应力-应变响应对应变率具有敏感性,修正后的Avalle模型对多种应变率下的试验数据拟合较好,而基于该模型进行的有限元数值仿真在6 m/s及8 m/s的冲击条件下加速度峰值与试验数据误差分别为4.09%以及12.72%,模型可靠性较高。     

一种用于金属/纤维增强复合材料加工仿真的动态有限元模型

以金属/纤维增强复合材料粘合板的钻孔加工为研究对象,提出了一种用于仿真加工过程的金属/纤维增强复合材料动态有限元模型。确定了金属、纤维复合材料和板件间胶合剂层的材料本构模型和动态损伤准则,并使用有限元软件ABAQUS实现了本构模型和准则的建立。通过用户子程序VUMAT建立纤维复合材料的模型和三维失效准则,实现对复合材料的三维应力应变分析,拓展了ABAQUS的功能。将该模型应用在具体分析实例中,进行了粘合板钻孔加工的数字仿真。使用不同加工参数对两种材料进行钻孔加工仿真,讨论加工参数对刀具轴向力和复合材料分层因子的影响。该模型可以用于粘合板的三维动态有限元仿真分析,为其加工研究提供了参考。     

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。     

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％.     

含韧性界面相的颗粒增强复合材料的损伤研究

基于增量损伤理论,提出一个可描述颗粒增强复合材料渐进式脱粘损伤、基体塑性变形及颗粒尺寸效应的本构模型。采用双夹杂模型将韧性界面相嵌入到增量损伤理论模型,用界面分离的能量平衡式来描述颗粒增强复合材料的渐进式脱粘损伤。该模型可研究颗粒尺寸效应和界面性能对复合材料应力-应变关系的影响,并可解释界面相对复合材料力学性能的颗粒尺寸效应的影响。