B340LA低合金高强钢动态力学性能研究

采用液压伺服高速拉伸试验方法对低合金高强钢材料的动态力学性能进行了研究,试验应变率范围为0.003～530/s。研究了B340LA低合金高强钢的动态力学特性,得到了不同应变率下的应力-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。试验测试结果表明,随着材料动态测试应变率的升高,B340LA材料的流变应力、屈服强度和抗拉强度均随着升高,且B340LA高强钢材料在中应变率范围内的延伸率和成型性最好。分析了B340LA钢的高速拉伸断裂后的显微组织,结果表明,低合金高强钢的微观变形机制主要为晶体间滑移和晶粒沿着拉伸方向变形,晶粒拉伸发生变形形成扁平晶,并沿着高速拉伸方向产生流动。     

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。     

应变速率对镁合金压缩变形性能的影响

采用圆柱形试样等温（573K）压缩试验方法对不同应变速率下AM60B镁合金压缩变形行为进行了研究,采用数理统计方法建立了573K时AM60B镁合金不同应变速率下塑性变形的本构模型。结果表明：AM60B镁合金的流变应力随着应变速率的升高而增大,塑性变形率随着应变速率的升高而降低;建立的本构模型能充分反映不同应变速率对其塑性变形过程的影响规律。     

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。     

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。     

车用双相高强钢的动态力学性能及本构模型的对比

通过不同应变速率(0.001～500 s^-1)下的室温拉伸试验,研究了车用HC340/590DP、HC700/980DP双相高强钢的动态力学性能;分别采用Johnson-Cook模型、Swift-Hockett/Sherby模型,以及将Swift-Hockett/Sherby模型引入到Ludwik模型中的修正模型对2种钢的流动应力-应变曲线进行拟合,对比分析3种本构模型的拟合结果。结果表明：随着应变速率的增加,2种钢均表现出增强增塑现象;Johnson-Cook模型、Swift-Hockett/Sherby模型和修正Ludwik模型的拟合度平均值分别为0.950,0.999,0.997;修正Ludwik模型既具有各应变速率间应力耦合的特点,又保持了高拟合精度,可以准确描述车用双相高强钢的动态流变行为。     

汽车用高强度双相钢动态拉伸性能试验研究及仿真

利用伺服液压高速拉伸仪对某高强双相钢的动态拉伸性能进行了研究,建立了该双相钢的Cowper-Symonds材料本构模型,并利用零件落锤试验与仿真分析进行对比,验证了该模型的正确性。研究表明该双相钢的应变率敏感特性明显,模拟结果与试验结果一致性好,所建立的材料本构模型具有工程使用价值。     

纯铁高温高应变率下的动态本构关系试验研究

利用带有加热装置和同步组装系统的分离式Hopkinson压杆装置对纯铁进行宽温度范围(293～1073K)、高应变速率(2000～8500s-1)下的动态力学性能测试试验,获得材料在不同温度和应变率耦合作用下的应力—应变曲线,从中探讨温度和应变率对纯铁塑性流动应力的影响机制。研究表明,纯铁具有明显的热软化效应、应变率强化效应和应变强化效应,流变应力随温度的降低和应变率的增加而提高;利用所测的应力—应变曲线拟合的Johnson-Cook本构模型可以较好地预测纯铁的塑性流变应力。     

新型TA32钛合金板的高温拉伸变形行为

在变形温度650～850℃、应变速率0.001～0.100s-1条件下对TA32钛合金板进行高温拉伸试验,研究了变形温度和应变速率对合金高温拉伸变形行为的影响;基于修正的Hooke定律和Grosman方程建立TA32钛合金的高温流变本构方程并进行试验验证。结果表明:TA32钛合金的流变应力受变形温度和应变速率的影响显著,变形温度的升高和应变速率的降低均会使流变应力减小;在变形温度650℃、应变速率0.100s-1下,合金的抗拉强度为680 MPa,约为常温抗拉强度的80%,合金仍具有较高的强度;当变形温度由750℃升至850℃时,合金伸长率的增长幅度和强度的下降幅度均较明显,合金塑性较好;采用建立的高温流变本构方程计算得到的真应力-真应变曲线与试验结果基本吻合,其相关系数和平均相对误差分别为0.979 4和11.1%,该本构模型可较好地描述TA32钛合金的高温拉伸变形行为。     

热处理U71Mn钢轨钢的棘轮行为及其本构模型

通过单轴拉伸试验、对称应变循环疲劳试验和非对称应力循环疲劳试验,研究了热处理U71Mn钢轨钢的循环特征和棘轮行为;基于试验结果,对Abdel-Karim-Ohno循环塑性本构模型进行修正,并将模拟结果与试验结果进行对比。结果表明:试验钢表现出初始循环软化特性;在非对称应力循环载荷下,试验钢产生了明显的棘轮行为,棘轮应变随应力幅、平均应力和峰值应力的增加而增加,棘轮应变率随峰值应力的增加而增加,当峰值应力不超过950MPa时,棘轮应变率随循环周次的增加快速减小至稳定值,当峰值应力超过950MPa时,棘轮应变率先减小后增大;大多数工况下采用所建立的修正Abdel-Karim-Ohno循环塑性本构模型得到的棘轮应变与试验值的平均相对误差约为9.8%,说明该模型能够较好地预测热处理U71Mn钢轨钢在应力循环工况下的棘轮行为。     

基于Z-A模型的GH4169高温合金动态本构关系

采用分离式霍普金森压杆试验研究了GH4169高温合金在温度20~400℃和应变速率1 000~3 000s-1时的流变应力-应变曲线,利用Zerilli-Armstrong(Z-A)本构模型描述了流变应力与应变的关系,确定了本构模型的参数,并对该模型进行试验验证。结果表明:GH4169高温合金存在明显的应变速率强化效应和温度软化效应,流变应力和应变呈近线性关系;所建立的Z-A本构模型能够准确地描述GH4169高温合金在不同温度和不同应变速率下的流变行为,其平均相对误差的平均值为2.65%。     

60钢热压缩变形行为及其变参数Arrhenius本构方程

采用Gleeble-1500型热模拟试验机对60钢进行不同温度(730,750,800,850,900,1 000℃)和不同应变速率(0.01,0.1,1,5,10 s^-1)的热压缩试验,总真应变为0.8,分析了60钢在热压缩过程中的变形行为;引入变参数Arrhenius模型,采用五阶多项式对模型中各参数随应变的变化关系进行拟合,构建出60钢高温变形本构方程,并对方程的精确性进行了评估。结果表明：变形温度越高,应变速率越低,60钢的流变应力越小;在较低温度和较高应变速率下,60钢热压缩变形的软化机制主要为动态回复,在较高温度和较低应变速率下则主要为动态再结晶;建立的变参数Arrhenius本构方程对流变应力的预测值与试验值的拟合相关系数达到0.994 597,说明该本构方程可以较好地描述60钢的高温变形行为。     

铸态GCr15SiMn轴承钢的流变应力本构方程

在Gleeb-3500型热模拟试验机上对铸态GCr15SiMn轴承钢进行热压缩试验,研究了变形温度(1 223～1 423K)和应变速率(0.1～10.0s~(-1))对流变应力的影响,观察了显微组织;采用基于TEGART和SELLARS等提出的Arrhenius方程,通过试验数据的拟合建立了试验钢的流变应力本构方程,并进行了验证。结果表明:在试验条件下变形时,试验钢的流变曲线均呈现出动态再结晶软化特征,提高变形温度或降低应变速率均可降低其流变应力;在应变速率1.0s~(-1)条件下,升高变形温度会促进试验钢的动态再结晶,同时也使晶粒长大粗化;在变形温度1 423K、应变速率0.1～1.0s~(-1)条件下,应变速率越大,动态再结晶晶粒越细;由建立的流变应力本构方程预测得到的峰值应力与试验结果的平均相对误差为0.393%,说明本构方程较准确。     

双相钢拼焊板温拉伸流变应力研究

采用CMT5205微机控制电子万能试验机对B340/590DP双相钢母材及拼焊板进行温拉伸试验,研究母材及拼焊板在变形温度为550～700℃、应变率为0.000 1～0.1 s–1条件下的流变应力行为。采用等应变法计算获得焊接区应力-应变曲线,通过改进后的含软化因子模型分别建立母材和焊接区材料的流变应力模型,并验证流变应力模型的准确性。结果表明,双相钢母材及拼焊板在温拉伸试验中发生了明显的动态回复与动态再结晶,流变应力随变形温度的升高而降低,随应变率的增加而增加;流变应力的预测值与试验值吻合较好,具有较高的可信度。     

汽车金属材料力学性能研究及本构参数的标定

材料力学性能的研究一直是结构碰撞领域内的研究重点。通过应力应变曲线或复杂的数学表达式来描述材料的力学性能的数学表达式称为材料的本构方程。通过试验手段对前纵梁材料力学性能进行系统研究,进行准静态拉伸试验和高速拉伸试验,获得了不同应变率下的应力应变曲线,并依据试验结果标定了Johnson-Cook本构模型,通过获得的试验数据构建常用的金属Johnson-Cook本构强化模型,为有限元仿真的精确模拟提供了数据支撑。     

基于Johnson-Cook模型构建M50NiL齿轮钢的流变应力本构方程

利用Gleeble-3500型热模拟试验机,研究了M50NiL齿轮钢在变形温度为1 123.15~1 423.15K、应变速率为0.005~10s-1条件下的变形行为,并对实测流变曲线进行了摩擦修正;基于应变速率和变形温度对金属高温变形的耦合效应,建立了基于Johnson-Cook(J-C)模型的耦合流变应力本构方程并进行了验证。结果表明:对试验钢流变曲线摩擦修正后,得到的流变应力比实测值小;经变形参数耦合修正后的J-C耦合本构方程计算得到的流变应力与摩擦修正后流变应力的平均相对误差为3.08%,其预测精度高于传统J-C本构方程(平均相对误差为14.31%)的。     

Ti2AlNb合金的高温拉伸变形行为

在变形温度为750~950℃、应变速率为0.1~0.001s-1下进行Ti2AlNb合金高温拉伸试验,研究了温度和应变速率对其抗拉强度和伸长率的影响,建立了高温变形条件下的应力-应变本构模型。结果表明:Ti2AlNb合金是温度和应变速率敏感性材料,随着温度的升高或应变速率的降低,合金的抗拉强度下降,伸长率升高;通过修正Hooke定律和Grosman方程所建立的Ti2AlNb合金热成形本构方程,其计算得到的流变曲线和试验曲线较吻合,可用于表征Ti2AlNb合金的高温变形行为。     

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。     

H13淬硬钢高应变速率动态性能的实验与本构方程研究

采用西北工业大学固体力学实验室研制的SHPB(split Hopkinson pressure bar)动态实验装置,测试了H13钢在20～600℃,应变率为103～104s-1的流变应力和应变的关系,实验结果表明,应变速率和变形温度的变化强烈地影响H13钢的流变应力,流变应力随变形温度升高而降低,随应变速率提高而增大,在高温下出现明显的动态软化.根据得到的流变应力曲线,拟合出了Johnson-Cook模型中的相关参数.经与实验对比验证,Johnson-Cook本构模型能够很好地描述H13钢的动态力学性能,为工程应用中进一步的力学数值分析提供了重要的材料参数.     

一种铁素体钢热变形流变应力行为

利用Gleeble热力模拟试验机在温度为1 123～1 473 K和应变速率为0.001～0.1 s-1的条件下对试验钢进行了热压缩变形试验,测定了其真应力-应变曲线,试验结果表明:试验钢在热压缩变形过程中发生了明显的动态再结晶,流变应力随变形温度的降低和应变速率的提高而增大。通过线性回归分析确定了试验钢的流变应力本构方程。