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.     

高应变率下岩石本构特性的研究

高应变率下岩石的动态本构关系和力学特性,目前主要是利用SHPB装置等来获得．基于统计学和损伤力学的观点,建立岩石在高应变率下的动态本构模型是进一步研究爆破机理、爆炸应力波传播、爆破参数优化的基础。理论和实验证明,本文推荐的4种动态本构模型与试验结果有较好的一致性,对进一步研究岩石的动态力学性质奠定了基础．     

Zirlo锆合金高温变形行为及本构关系EI北大核心CSCD

采用Gleeble-3800型热模拟试验机,对Zirlo合金进行等温恒应变速率压缩实验,研究其在变形温度550~700℃,应变速率0.01~10 s^(-1)范围内的热变形行为;并在Arrhenius型双曲正弦函数方程基础上引入应变量,构建了基于应变补偿的Arrhenius本构模型,同时构建了基于位错密度演化加工硬化模型和基于唯象型的软化模型的分段唯象型本构模型。结果表明:Zirlo合金的流变应力随着温度的降低和应变速率的提高而升高,低应变速率下流变应力呈现更高的温度敏感性,流变应力曲线在不同变形条件下分别呈现加工硬化、动态回复、动态再结晶特征。经过误差分析可知,基于应变补偿的Arrhenius本构模型大部分预测值的误差均在15%以内,具有较高的准确性,而分段唯象型本构模型相对平均绝对误差最大值不超过3%,具有97%以上的准确率,可以很好地预测合金的应力-应变曲线,具有良好的拓展性,并且可初步判断曲线类型,具有良好的实用性。     

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。     

20 A 钢热塑性变形的应力-应变本构模型研究

目的研究20A低碳钢在高温条件下的热变形行为及本构模型。方法采用Gleeble-1500型热模拟压缩试验,研究在不同变形温度及变形速率条件下,材料的真实应力-应变之间的关系。结果 20A钢属于对温度和应变速率都敏感的材料,其流变曲线呈现出周期性动态再结晶特征。结论通过对实验数据运用最小二乘法、多元线性回归方法及Arrhenius方程处理,得到了20A材料热变形本构模型为σ=8.8650ε0.1445ε·0.1283exp(3475.23/T),为20A钢塑性加工过程的控制及模拟提供了理论基础。     

动态响应下海水海洋骨料混凝土受压应力‑应变本构关系研究EI北大核心CSCD

为了构建海水海洋骨料混凝土在高应变率下的受压应力⁃应变本构关系,以海水海砂碎石骨料混凝土和海水海砂珊瑚骨料混凝土为研究对象,采用大直径霍普金森压杆试验装置开展了两类混凝土动态力学性能的测试,并通过静态力学性能试验得到各自混凝土动态力学性能比较的参考基准。基于静动态受压性能试验结果,获取了海水海洋骨料混凝土破坏模式与特征、应力⁃应变关系曲线、峰值应力和峰值应变、受压强度的动态放大系数(DIF),并深入分析应变率和混凝土类型对单一性能指标的影响。研究结果表明:海水海砂碎石骨料混凝土的破坏面在于碎石与水泥浆体的界面区,而海水海砂珊瑚骨料混凝土的破坏表现为珊瑚的剪切断裂;海水海洋骨料混凝土的静动态受压过程相似,其应力⁃应变关系曲线基本经历了弹性阶段、塑性发展阶段以及全塑性破坏阶段;应变率效应对提高海水海洋骨料混凝土动态受压力学性能具有显著影响,其中珊瑚作为粗骨料比碎石粗骨料具有更高的应变率敏感性。通过数值回归分析,构建了以应变率为自变量的海水海洋骨料混凝土受压强度DIF预测模型。以《混凝土结构设计规范》提供的分段式数学方程为基础,采用数值反演法建立了海水海洋骨料混凝土静动态应力⁃应变统一本构方程。     

描述天然橡胶大应变行为的本构方程EI北大核心CSCD

文中建立了一种新的可描述天然橡胶(NR)在大应变范围内的应力应变关系的本构方程。在建立本构方程过程中,首次同时考虑了橡胶网络不均匀性、化学交联点、缠结点以及应变诱导结晶现象对橡胶应力应变关系的贡献,最终成功地推导出了可描述NR大应变行为的本构方程。通过使用本构方程对应力应变曲线进行拟合,可以得到橡胶网络结构参数的具体数值。这些参数值可以用于揭示NR的微观结构特征以及在拉伸过程中微观结构的变化。     

7075-T6铝合金动态力学试验及本构模型研究

分别采用电子万能试验机、高速液压伺服试验机和分离式霍普金森拉杆(SHTB)装置进行了7075-T6铝合金材料在室温下的准静态、中应变率和高应变率动态力学性能试验。获得了该材料不同应变率下的应力-应变曲线,结果显示:7075-T6铝合金具有明显的应变率强化效应;随着应变率的提高,试件断口处颈缩现象越发明显。拟合出了能够反映材料应变硬化效应、应变率强化效应的Johnson-Cook本构方程,对方程中的应变率强化项进行了修正,使拟合结果与试验结果吻合得更好。     

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。     

一种描述温度与应变率效应的大应变非线性热粘超弹本构模型

通过橡胶材料在不同温度及应变率下的霍普金森杆冲击试验(SHPB),结合粘弹、超弹理论,建立了一种能反映橡胶材料温度、应变率效应的大应变非线性热粘超弹性本构模型,并开发了相应模型的ABAQUS(VUMAT)软件材料用户子程序。数值模拟很好地再现了橡胶片的SHPB试验,验证了本构模型及材料用户子程序的有效性。     

受火后6060-T6铝合金材料性能研究及本构模型标定EI北大核心CSCD

为评估铝合金结构受火后动态力学性能,应使用合理的受火后铝合金材料本构模型,采用万能试验机和分离式霍普金森压杆设备对结构用6060-T6铝合金开展系列受火后力学性能试验。首先,研究其力学性能指标随5个温度梯段的变化规律,发现材料在受火温度为450℃时弹性模量、屈服强度与抗拉强度最小;其次,选用经450℃受火冷却后6060-T6铝合金作为研究对象,当温度升高时,受火后铝合金表现出温度软化现象;然后,标定了能合理描述受火后铝合金塑性变形行为的Modified Johnson-Cook(MJC)本构模型;最后,采用一级轻气炮靶板冲击试验,得到受火后6060-T6铝合金弹道极限与失效模式,使用ABAQUS数值仿真软件建立相应靶板冲击模型,通过试验与仿真结果对比,验证了MJC本构模型参数的有效性。     

考虑应变率效应的混凝土单轴压缩统计损伤本构模型

基于统计损伤理论,建立考虑应变率效应的混凝土单轴压缩统计损伤本构模型。考虑细观断裂和屈服两类损伤模式,将临界状态作为均匀损伤阶段向局部破坏阶段过渡的转折点,且滞后于峰值应力状态。在动态荷载作用下,混凝土内部细观结构的力学性能发生变化,同时微裂纹的扩展形态、路径和和数量较准静态发生显著改变,进而改变了两类细观损伤模式的演化过程,可由5个特征参数来表征。开展混凝土单轴压缩动态力学性能试验,获得了10-5～10-2/s应变率范围内的应力-应变曲线。利用6组试验数据对模型进行验证,结果表明：模型预测曲线与试验曲线吻合良好,表征细观损伤机制的特征参数随着应变率的提高显示出明显的规律性。该模型可以较好地描述混凝土的动态力学行为,在应变率效应机理、细观损伤机制、宏观非线性本构行为之间建立起有效的联系。     

杨木静动态压缩本构模型研究

目的 以杨木为研究对象,研究其静动态压缩载荷作用下应力-应变曲线的变化特征,建立适合的本构模型,并对其进行描述。方法 对杨木试件进行静动态压缩加载试验,分析静动态压缩载荷作用下杨木应力-应变曲线的变化特征,构建适用于静动态压缩载荷作用下杨木的本构模型。结果 静态压缩加载杨木的应力-应变曲线分为线弹性阶段、屈服阶段和密实化阶段等3个部分,动态压缩加载杨木的应力-应变曲线分为线弹性阶段和屈服阶段等2个部分;静态压缩加载时,杨木轴向屈服应力最大,分别是径向和弦向的5.70倍和7.75倍;动态压缩加载时,当应变率从400 s-1增加到1000 s-1时,径向、弦向和轴向的屈服应力分别增加了1.51,1.59,3.12倍,杨木的屈服应力具有应变率敏感性;采用包含应变率影响的本构方程来描述杨木在静动态压缩载荷作用下的本构关系是比较合适的。结论 杨木是一种应变率敏感材料,静动态压缩载荷作用下杨木的应力-应变曲线均表现出多孔材料的特征,将多孔材料本构模型应用于木材是可行的。     

ZL205A铝合金动态力学性能及其本构模型

目的 研究ZL205A铝合金在不同温度和不同应变速率下的流动应力行为,为材料数值模拟提供参数依据。方法 利用高低温电子万能材料实验机和霍普金森压杆设备,在不同变形温度(20~400 ℃)和应变速率(10⁻⁴~2 200 s⁻¹)下进行准静态拉伸实验、高温拉伸实验以及高应变率动态压缩实验。对实验所得真应力-应变曲线进行力学性能分析,考虑到霍普金森实验下的材料绝热温升,构建了ZL205A铝合金的Johnson-Cook本构模型,并将该模型与实验数据进行比对验证。结果 在室温低应变率(20 ℃、10⁻⁴~10⁻¹ s⁻¹)条件下,随应变率的增大,材料的流动应力变化不明显;当材料屈服后,随着应变的增大,材料流动应力增大的趋势变大,应变硬化作用占主导。在室温高应变率(20 ℃、500~2 200 s⁻¹)条件下,材料的屈服强度和流动应力与室温低应变率时的数据变化不大,考虑到高应变率下的实验时间短、变形大,材料变形产生的热量来不及散出,受温度升高的影响,材料在高应变率范围内的应变率强化效应不明显。在高温低应变率(100~400 ℃/0.001 s⁻¹)条件下,材料的屈服强度和流动应力随温度的升高而迅速降低,表现出较高的温度敏感性,当温度高于200 ℃时,材料产生拉应力回调现象。结论 根据材料真应力-应变曲线,获得了材料的Johnson-Cook本构参数,该模型能较准确地预测材料在不同状态下的流动应力行为。     

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 ...     

纤维应变率相关的统计本构模型的理论与实验研究

本文根据经典的纤维强度统计理论,并在某些假设的基础土,建立了纤维的应变率相关的统计本构模型及其对应的本构方程.由该模型得到了利用纤维束冲击拉伸试验确定单丝应变率相关的统计本构方程中力学参量的原理和方法.在应变率为10-4～103 l/S范围内,用玻璃纤维束的拉仲试验检验该模型和确定本构方程参量的方法.试验结果和分析表明,该模型的假设和有关理论是正确的,方法是可行的.该模型能较好地解释玻纤在应变率为10-4～1.1×102 l/S范围内的力学性能.     

一种改进BMI中高温和动态力学性能试验研究及本构方程的建立

对自制炳丙基双酚A改性双马树脂（BMI/O，O′-DPA）中高温和受冲击时的拉抻和压缩力学性能进行了实验研究，结果表明，材料在中高温时存在50℃和95℃两个转化温度，该材料具有较好的中高温力学性能和承压能力，抗压缩冲击韧性、其拉伸和压缩力学性能相差较大。给出了材料计及应变压缩本构方程。     

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。     

高应变率下岩石动态本构关系试验研究现状

高应变率下材料动态本构关系,目前主要是通过Ｓ．Ｈ．Ｐ．Ｂ．装置和轻气炮装置来获得。研究［１］表明,平面波发生器加载更是一般爆破实验室适用的试验手段。Ｌａｇｒａｎｇｅ分析方法由于在材料动态性能实验分析中只有重要的指导和运用价值而越来越受到重视。本文主要评述这些方法在岩石介质材料中的应用和最新进展,对其历史和今后发展趋势也作了简要说明。     

高应变率下岩石动态本构关系试验研究现状

高应变率下材料动态本构关系，目前主要是通过Ｓ．Ｈ．Ｐ．Ｂ．装置和轻气炮装置来获得。研究［１］表明，平面波发生器加载更是一般爆破实验室适用的试验手段。Ｌａｇｒａｎｇｅ分析方法由于在材料动态性能实验分析中只有重要的指导和运用价值而越来越受到重视。本文主要评述这些方法在岩石介质材料中的应用和最新进展，对其历史和今后发展趋势也作了简要说明。