AISI D2钢力学性能尺寸效应实验研究

为研究AISI D2钢力学性能尺寸效应现象,在常温下采用电子万能试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装置对3种不同剪切带宽度(分别为800,400,50μm)的帽形试样进行了准静态和动态加载实验.实验结果表明,流动应力和失效应变随着剪切带宽度的减小而增大,但产生流动应力和失效应变尺寸效应现象的剪切带宽度不同.基于应变率强化项修正的Johnson-Cook本构模型,通过实验数据拟合得到材料的本构关系.研究表明,修正的Johnson-Cook本构模型与实验结果吻合较好.     

钢/聚氨酯夹层结构动态压缩力学性能与本构模型研究

基于霍普金森压杆(SHPB)装置,对高应变率下的钢/聚氨酯夹层结构进行了动态压缩实验,通过对不同厚度比的试样进行比较,建立了夹层结构的动态本构模型。实验结果表明,钢/聚氨酯夹层结构对应变率较为敏感,其屈服强度随应变率的增大而增大,且屈服强度的增幅随应变率的提高会有一定幅度的上升。基于Johnson-Cook模型,考虑厚度比对结果的影响,建立适用于钢/聚氨酯夹层结构的动态本构模型,并通过试验分析,确定了模型参数。利用实测应力应变曲线拟合的方法得到的钢/聚氨酯夹层结构的动态压缩本构模型,能描述不同厚度比的钢/聚氨酯夹层结构在高应变率下的应力应变关系,具有较高的精度。     

船用921A钢高温、高应变率下动态本构模型研究EI北大核心CSCD

921A钢是我国重要的舰船结构钢,研究921A钢在高温、高应变率条件下的动态力学性能对舰船结构防护设计和安全评估具有重要意义。采用电子万能试验机和带有同步组装系统的高温Hopkinson压杆试验装置,对921A钢在不同温度(25~500℃)、不同应变率(0.001~4000 s^(-1))下的准静态和动态力学性能进行了研究。结果表明,921A钢具有明显的应变率强化效应和热软化效应,应变率强化效应随温度升高逐渐减弱,热软化效应对应变率变化不敏感。考虑了应变、应变率和温度对力学性能的影响,拟合得到了921A钢的Johnson-Cook本构模型参数。开展了弹体高速撞击双层921A钢板的试验,并采用得到的Johnson-Cook本构模型参数进行了数值仿真,靶板弹孔平均直径和破坏形貌的仿真结果与试验结果吻合较好,验证了该模型能够较好地描述921A钢在高速冲击条件下的动态力学行为。     

780 MPa级CSP短流程双相钢动态性能本构模型

目的研究780 MPa级的短流程双相钢动态本构关系,建立能够准确描述材料的应变率敏感特性的本构模型。方法利用Zwick动态拉伸试验机和高速摄像应变测量系统,对该材料进行不同应变速率的拉伸试验,速率分别为0.001,0.01,0.1,1,10,100,500 s~(-1)。结果该材料具有明显的应变率效应,即强度随着应变率的升高而增加。基于Johnson-Cook、Zerilli-Armstrong和Khan-Huang模型对试验结果进行拟合,拟合优度分别为0.9736,0.9765,0.8926,对Khan-Huang模型进行修正后的拟合优度为0.9827。结论 JC和ZA模型可以直接准确表征材料本构关系,而KH模型需要修正后才能准确描述材料在高应变率下的本构关系。     

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。     

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。     

TC4钛合金动态力学性能及本构模型研究

为研究TC4钛合金的动态力学性能及本构模型,利用电子万能试验机、高速液压伺服试验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB)装置,对其进行常温下准静态、中应变率和高应变率动态力学性能试验,得到不同应变率下的应力应变曲线,拟合得到Johnson-Cook本构模型,并分析材料中应变率力学特性对本构模型参量的影响。结果表明:TC4钛合金在应变率10~(-4)~10~3s~(-1)范围内具有明显的应变率强化效应和一定的应变硬化效应,且应变率强化效应随应变的增大而减小,应变硬化效应随应变率的增大而减小;考虑材料中应变率力学特性可提高本构模型参量的准确性;通过数值方法和试验方法研究TC4钛合金平板撞击和高速拉伸过程的动态响应,两者结果具有很好的一致性,证明所得本构模型的准确性。     

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.     

5A06铝合金力学性能测试及其平板抗水下冲击动态响应分析

通过万能实验机和分离式霍普金森拉杆分别获得了5A06铝合金材料在25℃~250℃范围内的准静态及常温高应变率下的拉伸应力-应变曲线。基于实验结果,对Johnson-Cook本构模型中的温度软化项进行了修改,进而拟合得到了修改后的本构模型参数。利用动力学有限元软件AUTODYN-2D的Euler-Lagrange耦合算法,结合力学性能实验所得到的5A06铝合金本构模型,对水下冲击波作用下5A06铝合金平板的动态响应历程进行了数值仿真,仿真结果与实验结果吻合良好,证明了材料模型及其参数的有效性。进而获得了铝合金平板在水下冲击波作用下的动态响应特性。     

SPRC340S金属在不同应变率下的本构模型评估

目的 为了确保高速变形下有限元分析的可靠性,选用合适的本构模型去描述材料在不同应变率下的力学特性。方法 针对SPRC340S钢在不同应变率下的硬化行为,评估了6个常用应变率强化模型的准确性,评估的应变率强化模型包括Johnson-Cook模型、Modified Khan-Huang模型、Modified Johnson-Cook模型、Lim-Huh模型和Zerilli-Armstrong模型。通过较大应变率范围内的试验数据对所研究的模型参数进行标定,采用标定后的模型预测了不同应变率下的硬化曲线。结果 发现误差最大的模型为ZA(FCC)模型,预测误差达到1.1682;预测精度最高的模型为Lim-Huh模型,误差只有0.0024。结论 结合模型的结构特征与结果对比讨论,发现Lim-Huh模型最适用于表征SPRC340S金属材料的应变率硬化特性。     

0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢动态力学性能研究

0Cr17Ni4Cu4Nb为沉淀硬化型不锈钢,常用在高强度冲击结构中.本文利用分离式Hopkinson压杆实验设备测定了该材料在多种应变率下的动态应力-应变关系,在此基础上选择了Cowper-Symonds 动态强化模型来拟合和描述材料的动态本构特性.利用拟合得到的相应参数对该材料的动态力学性能进行详细的分析,同时还分析了该材料的工程应力-应变曲线和真实应力-应变曲线参数之间的相同点和不同点.     

一种钢板材料动态拉伸本构方程确定以及试件尺度效应研究

采用数值模拟方法,优化设计了Hopkinson拉伸实验中,QP980CR钢的片状试件尺度。对所设计的试件,在MTS(810材料试验机)上进行了准静态拉伸试验,在Hopkinson拉杆装置上进行了不同应变率及不同温度的动态拉伸试验。由准静态及动态拉伸试验结果,确定了试件材料的J-C型动态拉伸本构方程。基于确定的试件动态拉伸本构方程,采用数值模拟方法,研究了Hopkinson拉伸试验中,试件的形状和尺度对测试结果的影响。     

2024-T3铝合金动力学实验及其平板鸟撞动态响应分析

通过电子万能试验机和分离式霍普金森拉杆（SHTB）拉伸试验分别获得2024-T3铝合金材料准静态和高应变率两种应变率下的应力-应变曲线。铝合金材料的本构关系由能够反映材料硬化效应和应变率强化效应的Johnson-Cook材料模型描述,方程中的4个参数通过不同应变率下的应力-应变曲线拟合得到。基于瞬态动力学软件PAM-CRASH,结合材料动态力学性能试验所获得的2024-T3铝合金Johnson-Cook模型方程,耦合光滑粒子流体动力学（SPH）方法和有限元（FE）方法建立2024-T3铝合金平板的鸟撞数值模型,数值计算所得动态响应与鸟撞试验结果吻合较好,表明建立的鸟撞数值计算模型是合理、可靠的,整个分析流程从材料动态力学性能试验、鸟撞数值计算到最终的鸟撞试验验证为飞机结构的抗鸟撞设计与分析提供了有力的参考。     

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 ...     

高强钢TRB高温下热流变特性

为了准确仿真高强钢板热冲压成形过程,获得高强钢高温下的材料本构关系模型,利用Gleeble3500热模拟试验机在不同温度和应变速率下对不同厚度的高强钢B1500HS钢板进行了单向拉伸试验,获得各种工艺条件下的应力-应变曲线,并基于变形抗力数学模型,引入板材厚度参数,通过最小二乘法进行数据拟合获得高强钢TRB高温下的材料本构关系.利用试验结果对本构关系模型进行的拟合验证表明,拟合程度较好,说明建立的材料本构关系能很好地描述高强钢TRB在高温下的应力-应变关系.     

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。     

6013-T4铝合金不同温度下的动态流变应力及组织演变

采用分离式霍普金森(SHPB)压杆装置进行6013-T4铝合金动态压缩试验,获得温度为25℃、100℃、200℃、300℃、400℃,应变速率为1 000s~(-1)、2 000s~(-1)、3 000s~(-1)、4 000s~(-1)、5 000s~(-1)条件下材料的真应力-真应变曲线,并通过透射电子显微镜(TEM)观测了6013-T4铝合金在不同变形条件下的组织演变。结果表明:6013铝合金有明显的温度敏感性,但是对应变速率的敏感性较弱。应变速率和温度对6013铝合金微观组织的影响显著,位错密度随应变速率的升高而增大,随温度的升高而减小。基于实验数据,求得了6013铝合金Johnson-Cook模型的本构参数并建立其本构模型。与实验结果进行对比,结果表明,所建立的本构模型能够很好地预测6013铝合金的流变应力。