考虑高温再结晶Ti-6Al-4V合金的修正J-C本构模型

为了研究Ti-6Al-4V合金在高速切削下的真实流动应力-应变关系,针对当温度达到临界变化温度时,材料的流动应力会突然下降这一现象,建立了一种修正Johnson-Cook（J-C）本构方程。修正的J-C本构关系能够准确地描述加工温度范围内再结晶软化机制对材料流动应力的影响,预测结果与试验数据吻合良好,特别是在高温阶段,流动应力计算值与试验值误差在4%以内,正确地反映了Ti-6Al-4V合金各个温度下的真实流动应力变化。结果表明,修正后的J-C本构方程可以用于研究分析Ti-6Al-4V合金的流动应力特征与规律。     

Ti-6Al-4V合金动态本构模型参数敏感性及其优化

由于未考虑参数敏感性,经典的5参数Johnson-Cook模型在描述Ti-6Al-4V合金的动态力学响应时,会萎缩为少于5参数的模型。此外,该模型未考虑参数的耦合效应,一组参数仅仅需要在特定应变率和温度条件下的一条实验曲线就可以拟合得到,而所得参数在预测其他条件下的实验曲线时会遇到挑战。首先通过拉丁超立方抽样和Spearman秩相关分析理论结合的方法,对经典Johnson-Cook模型进行参数敏感度分析,得出5参数敏感度相当的合理取值范围并将其作为初始搜索区间。然后结合遗传算法对5个材料参数进行全局最优搜索,得到考虑5参数相互耦合变化的优化值。优化后的模型能够较好地预测Ti-6Al-4V合金在低应变率、不同温度下的应力-应变关系。此外,采用上述方法,并将材料参数考虑为温度的函数,预测了高应变率、不同温度下Ti-6Al-4V合金的力学行为,结果与实验值吻合。     

基于修正Johnson-Cook模型的钛合金热黏塑性动态本构关系及有限元模拟

为了准确描述钛合金在高应变率、高温载荷下的热粘塑性本构行为,以及因材料内部出现绝热剪切带而导致材料流变应力减小的定量关系,构造功热转换系数β与应变率?(5)之间的函数关系,提出一种基于修正Johnson-Cook模型的钛合金热粘塑性动态本构关系,并通过以最小二乘法为目标函数的局部搜索优化算法,对基于实验数据的本构参数进行快速优化识别。最后利用应力补偿更新算法,通过显式用户子程序VUMAT将热黏塑性本构模型嵌入ABAQUS软件中,得到Ti-6Al-4V钛合金在不同应变率、温度条件下的单轴动态应力-应变曲线。数值模拟结果与实验数据吻合良好,表明该修正模型能准确描述钛合金高应变率下的热黏塑性变形,可适用于各种应变率下钛合金本构行为的描述。     

Ti-6Al-4V热变形行为及利用多项耦合进行本构关系修正

采用热模拟试验机对钛合金Ti-6Al-4V进行高温压缩试验,研究其在850~1100 ℃温度下,0.001~0.1 s?1应变速率的流动应力行为。结果表明:钛合金Ti-6Al-4V具有应变速率、温度敏感性;随着温度的升高和应变速率的减小,流动应力逐渐降低,加工硬化速率与动态软化速率达到动态平衡。通过分析工艺参数对材料参数的影响,发现合金的材料参数(N、A、Q)随变形条件的变化而变化。在传统双曲正弦函数型Arrhenius方程的基础上提出一种考虑应变速率、温度和应变耦合修正的双曲正弦本构方程,并用相关系数R和平均相对误差(AARE)来评价所建立的本构模型的准确性,定量分析结果表明,修正的本构方程能够较准确地预测钛合金Ti-6Al-4V的流动应力。     

Inconel 625合金Johnson-Cook本构模型的一种改进

通过热压缩试验对Inconel 625合金的热变形行为进行了测试。结果显示真应力-真应变曲线的斜率随着温度的降低和应变速率的升高而增大。这表明温度,应变和应变速率之间通过一种复杂的交互作用共同对应变硬化和再结晶产生影响。用Johnson-Cook模型建立的本构方程由于忽略了这个交互作用而不能很好地预测此合金的应力-应变关系。为此对Johnson-Cook模型做了改进。新的模型考虑了温度,应变和应变速率的交互作用。对比结果表明:修改的Johnson-Cook模型的预测值和实验值符合得很好。     

Nb10Zr合金高温变形应变补偿型本构关系模型

通过热压缩试验对Inconel 625合金的热变形行为进行了测试。结果显示真应力-真应变曲线的斜率随着温度的降低和应变速率的升高而增大。这表明温度,应变和应变速率之间通过一种复杂的交互作用共同对应变硬化和再结晶产生影响。用Johnson-Cook模型建立的本构方程由于忽略了这个交互作用而不能很好地预测此合金的应力-应变关系。为此对Johnson-Cook模型做了改进。新的模型考虑了温度,应变和应变速率的交互作用。对比结果表明：修改的Johnson-Cook模型的预测值和实验值符合得很好。     

Ti-22Al-26Nb合金热变形本构方程建立及软化行为研究

作为最具潜力的航空航天高温结构材料,Ti2AlNb基合金具有高的比强度和良好的高温蠕变性能。本文对热轧态Ti-22Al-26Nb合金高温变形中的力学行为和再结晶行为进行研究,建立其高温本构关系模型,对其中呈现出的动态再结晶多应力峰值曲线特征（以1000℃,0.1s-1为例）进行拟合分析。结果表明：基于双曲正弦函数建立Ti-22Al-26Nb合金的高温本构关系模型的精度较高,最大误差为2.6%,可以很好地描述合金在高温变形时各热力学参数之间高度非线性的复杂关系,由修正的Avrami方程预测得知再结晶体积分数与应变呈现典型的再结晶动力学增长趋势,揭示了该合金高温变形过程中复杂的软化行为。     

Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe合金的热变形行为及本构方程的建立

通过热模拟压缩试验研究了Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe合金在变形温度950~1100 ℃,变形速率0.001~1 s^-1,最大变形程度50%条件下的热变形行为。结果表明：Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe合金的流变应力对热变形工艺参数（变形温度和变形速率）的敏感性较高,其真应力-真应变曲线具有峰值应力、应变软化和稳态流动特征。采用Arrhenius双曲正弦函数和多元回归处理法确定了合金在试验条件下的应力指数n、变形激活能Q等材料参数,建立了Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe合金高温变形本构关系模型。     

应用智能方法建立Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V合金的本构关系(英文)

利用Thermecmastor-Z热模拟机进行Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金在不同工艺参数(变形温度800,850,900,1000,1050°C,应变速率0.01,0.1,1,10s-1)条件下的热模拟压缩试验,研究变形温度和应变速率对Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金流变应力的影响。以试验数据为基础,应用BP神经网络算法原理,建立该合金的高温流动应力与变形温度、应变和应变速率对应关系的高温本构关系预测模型。结果表明,运用神经网络方法建立的Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金本构关系模型具有较高的预测精度,与试验结果吻合良好。此外,运用Visual Basic可视化编程语言设计并开发了具有神经网络功能的用户界面。     

Ti-43Al-4Nb-1.4W-0.6B合金的本构方程以及加工图

在温度1323-1473 K,应变速率0.001-1 s-1的范围内研究了Ti-43Al-4Nb-1.4W-0.6B 合金的热压缩变形行为,其真应力-真应变曲线表明合金在变形过程出现了动态软化行为。依据经过摩擦和温度修正后流变应力的曲线,获得了该合金的本构方程,其中Zener-Holloman指数方程描述了温度和应变速率对变形行为的影响,以此构建五次多项式组来描述应变对材料参数的影响,其预测结果与实验结果相符。同时,建立了该合金的热加工图,并据此加工图预测出该合金合适的加工参数为1343 K和0.02 s-1,且成功地完成了在工业生产条件下对圆柱形试样的锻造。     

Al-3Cu-0.5Sc合金高温变形的本构关系(英文)

采用Gleeble-1500热/力模拟试验机研究Al-3Cu-0.5Sc合金在温度为350～500℃、应变速率为0.01～10s-1条件下的高温压缩变形行为。利用经摩擦修正和温度补偿修正后的流变应力曲线建立合金的本构方程,温度和应变速率对变形行为的影响可使用包含Zener-Holloman参数的指数方程来描述。通过考虑应变对材料常数的影响,建立包含真应变的本构方程;其真应变对本构方程的影响规律,可通过材料常数的四次多项式拟合来实现。     

Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金的高温塑性变形行为及热加工图

采用Gleeble-1500热模拟试验机进行等温恒应变速率热压缩实验，探究了Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金在应变速率为0.1～10 s^-1、变形温度为1173～1323 K及最大变形量为60%条件下的高温塑性变形行为。探究了工艺参数对真应力-真应变曲线的影响，采用Arrhenuis模型构建了耦合应变的本构方程，基于动态材料模型及Babu流变失稳准则构建了热加工图。结果表明，Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金的流动应力随应变速率的减小及变形温度的增加呈下降并趋于平稳的趋势，且温度敏感性在低温区比高温区强。真应力-真应变曲线在变形温度1173～1273 K下的α+β相区呈现出动态再结晶特征，在变形温度为1323 K的β相区呈现出动态回复特征。建立的耦合应变的Arrhenuis本构方程具有较高的预测精度。利用Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金热加工图，确定了该合金最优塑性变形工艺参数为变形温度为1230～1323 K和应变速率为0.1～0.816 s^-1。     

热压烧结Zr-6Al-0.1B合金Johnson-Cook本构模型的建立与精度分析

锆铝合金是一种潜在的航天空间材料，采用真空热压烧结制备了Zr-6Al-0.1B合金，采用Gleeble-3500热模拟试验机对热压烧结Zr-6Al-0.1B合金在变形温度950 ℃～1150 ℃、应变速率0.01 s-1～1 s-1的试验条件下进行等温压缩试验。结果表明，在变形初期，应力随应变在增加急速升高，迅速达到峰值。而后，随着应变的增加应力持续减小，而不存在应力平衡阶段。随着变形温度的降低或应变速率的增加，应力-应变曲线整体向高应力区域偏移，表明热压烧结Zr-6Al-0.1B合金属于变形温度和应变速率敏感材料。构建了热压烧结Zr-6Al-0.1B合金的Johnson-Cook本构模型，对温度敏感系数D和应变速率敏感系数C进行了修正。通过模型预测值与试验值的定性和定量对比分析表明，单独修正系数C时，模型具有较高的预测精度。本研究可为热压烧结Zr-6Al-0.1B合金后续热加工工艺参数的选择提供指导，并为相应的数值模拟研究提供可靠的本构模型。     

铸态GH4169合金热变形行为及三种本构模型对比

在Gleeble-1500热力模拟机上对铸态GH4169合金进行热压缩试验,变形参数为:温度(1193～1373K)、应变速率(0.01～10s~(-1))、变形量50%。通过分析真应力真应变曲线,研究铸态GH4169合金的热变形行为;对比分析了Johnson-Cook(JC)、修正的Johnson-Cook(MJC)和应变补偿Arrhenius3种本构模型的相关系数(R)和平均相对误差(AARE)。结果表明:铸态GH4169合金的流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。JC模型、MJC模型和应变补偿的Arrhenius本构模型的相关系数(R)分别为0.891、0.956和0.961,AARE依次为29.02%、11.16%和9.31%。因此,应变补偿的Arrhenius模型能够更为精确地描述铸态GH4169的热变形行为。     

金属合金的拉伸应力-应变行为（英文）

利用拉伸应力-应变曲线分析5种合金,SKH51、STS316L、Ti-6Al-4V、Al6061和Inconel600的加工硬化行为。通过Hollomon、Swift和Voce本构模型对材料的实验数据进行拟合、比较与加工硬化特征分析,提出新的预测拉伸变形各阶段加工硬化行为的表征参数及其在不同坐标体系下的表现形式。研究表明,Voce模型更适合用于描述大应变条件下的拉伸应力-应变关系,其预测抗拉强度的精度高于Hollomon和Swift模型。另外,SKH51合金在拉伸变形过程中出现的加工硬化行为明显异于其他4种合金。     

基于位错理论的TC4钛合金的动态本构模型与数值模拟

为描述Ti-6Al-4V(TC4)两相钛合金在高应变率、高温载荷条件下的复杂力学行为,基于细观塑性变形机理和位错动力学理论,从细观尺度构建一种两相钛合金粘塑性本构模型,并阐释各本构参数与微结构特征量之间的关联及其表征的物理意义。为确定本构参数并提高参数的识别效率与精度,提出一种基于拉丁超立方抽样、Spearman秩相关分析的参数敏感度整体分析方法,并在参数敏感度分析结果和基本遗传算法的基础上,建立基于改进小生境算法、可疑峰值点判断策略和局域精确搜索技术的改进遗传算法,得到了TC4两相钛合金的本构参数。采用应力补偿更新算法,通过显式用户子程序接口VUMAT将两相钛合金本构模型嵌入ABAQUS有限元软件中,实现了钛合金在高应变率、高温条件下动态本构行为的数值模拟。对比模拟结果与实验数据发现,所构建的本构模型描述材料高应变率条件下力学行为的准确性优于Johnson-Cook模型的。     

高温、高应变率下Ti6321合金的力学行为及本构模型

为了研究Ti6321合金在高温、高应变率下的力学行为,采用分离式霍普金森压杆装置对Ti6321合金进行室温(25℃)和高温(200、400、600℃)动态压缩试验,对其在高温和高应变率下的力学性能、应变率敏感性和温度敏感性进行了研究。采用聚类全局优化算法构建了双态组织Ti6321合金在103s-1下的Johnson-Cook本构模型。结果表明,双态组织Ti6321合金在室温和高温下均存在应变率硬化效应,但试验温度对流变应力的影响比应变率的影响更大。随着压缩试验温度升高,流变应力显著降低,温度敏感因子升高。Johnson-Cook模型拟合的曲线与实验曲线吻合良好,可以用于Ti6321合金高应变率下的力学仿真计算。     

TC21钛合金动态拉伸行为的率-热效应及其本构关系研究

本文对TC21两相钛合金材料在不同温度下从准静态到高应变率范围（0.001-1200s-1）的动态拉伸力学行为进行了试验研究。通过静态试验机与分离式Hopkinson拉杆装置,获取了TC21钛合金在单轴拉伸载荷下的应力-应变响应曲线。同时通过动态拉伸复元试验方法得到了材料在高应变率下的等温应力-应变响应曲线。由试验结果可见TC21钛合金的动态拉伸力学行为具备应变率-温度敏感特性,其初始屈服应力随应变率增加而增大,随温度升高而减小,通过引入两个敏感度系数对TC21材料的率-热效应进行了探究。同时根据等温试验数据对Johnson-Cook唯象本构模型进行修正来描述TC21钛合金率-热相关性的本构行为。对比模型预测结果与试验数据,二者吻合良好验证了修正模型的准确性。     

TC21钛合金动态拉伸行为的率-热效应及其本构关系

对TC21两相钛合金材料在不同温度下从准静态到高应变率范围(0.001~1200 s~(-1))的动态拉伸力学行为进行了试验研究。通过静态试验机与分离式Hopkinson拉杆装置,获取了TC21钛合金在单轴拉伸载荷下的应力-应变响应曲线。同时通过动态拉伸复元试验方法得到了材料在高应变率下的等温应力-应变响应曲线。由试验结果可见,TC21钛合金的动态拉伸力学行为具备应变率-温度敏感特性,其初始屈服应力随应变率增加而增大,随温度升高而减小,通过引入2个敏感度系数对TC21材料的率-热效应进行了探究。同时根据等温试验数据对Johnson-Cook唯象本构模型进行修正来描述TC21钛合金率-热相关性的本构行为。对比模型预测结果与试验数据,二者吻合良好,验证了修正模型的准确性。     

Modeling and Simulation for the Stress Relaxation Beha- vior of Ti-6Al-4V at Medium Temperature

应力松弛是钛合金在升高温度和加载条件下的一个显著特性,也是热校形和热处理的理论基础。因此研究了一种Ti-6Al-4V钛板在923~1023 K温度范围内、几种应变水平下的拉伸应力松弛行为。结果表明,应力松弛速率随着温度的升高而增加,材料中的残余应力经过一段时间之后趋向应力松弛极限;另外,在相同温度下,不同应力水平的应力松弛极限相同。进而,建立了一种描述应力松弛行为的显式三次延迟函数,本构精度高达97%,可用于工艺设计及理论分析。最后,基于应力松弛和蠕变的关系,提出了一种隐式蠕变型本构方程描述应力松弛行为,并将识别的材料参数输入ABAQUS,数值模拟了Ti-6Al-4V的热应力松弛行为,发现模拟的应力变化规律符合应力松弛曲线,证明了蠕变型本构方程对应力松弛模拟的适用性。