金属材料在高应变率下的热粘塑性本构模型

提出了一种考虑应变强化、应变率强化、热软化效应及材料损伤的本构模型,通过在Johnson-Cook热粘塑性本构关系中增加一个随应变增大应力减速小的软化项,反映材料的损伤.该模型可以很好地预测材料的整个变形过程,同时提供了一个确定软化项系数的简单方法.     

7A52铝合金Johnson-Cook本构模型的有限元模拟

为探究7A52铝合金的流动应力变化规律,在材料拉伸试验数据基础上,建立Johnson-Cook本构模型。利用有限元软件AQAQUS,模拟7A52铝合金在温度为25~400℃、应变率为0.1~10 000 s~(-1)的准静态和动态拉伸试验。结果表明:温度和应变率都会影响7A52铝合金的流动应力,但对温度的敏感性较大,对应变率敏感性较小;流动应力随着温度的升高而减小;流动应力随着应变率的增加而增大,尤其在应变率高于1 000 s~(-1)时影响更加明显。所建有限元模型结果与试验结果吻合较好,证明该Johnson-Cook本构模型能够在一定温度和应变率范围内预测7A52铝合金的流动应力。     

NAK80塑料模具钢本构关系的试验研究

利用电子材料拉伸试验机、热模拟试验机和分离式Hopkinson压杆系统对NAK80塑料模具钢在较宽温度范围(25~600℃)和不同应变率(700~5 000 s-1)条件下的力学特性开展了系列的试验研究。结果表明:室温下,NAK80塑料模具钢流变行为对应变率不敏感;相同应变率下(10-2s-1),其屈服强度和流变应力随温度升高而下降,且高温下热软化效应明显,导致屈服后应变增加而应力下降。以试验数据为基础,拟合了Johnson-Cook模型,利用该模型对不同温度和不同应变率下NAK80塑料模具钢的流变应力进行预测,与试验数据对比表明,拟合的Johnson-Cook模型能够较好的描述NAK80塑料模具钢的流变行为。     

基于Johnson-Cook本构模型的高强度装甲钢动态力学性能参数标定及验证

具有高屈服强度的某装甲钢广泛应用于我国装甲车辆。为准确模拟该装甲钢的动态力学行为,开展基于Johnson-Cook（J-C）本构模型的动态本构参数标定及验证。采用万能材料试验机对该装甲钢进行不同温度下的准静态拉伸试验,同时采用分离式霍普金森压杆开展不同应变率下的压缩性能测试。基于实验数据和J-C本构模型,拟合得到该装甲钢的本构参数。基于轻气炮开展泡沫铝弹丸冲击均质梁的实验研究,分别采用J-C本构模型和理想弹塑性模型进行有限元仿真计算,并将冲击实验与数值结果进行对比分析。结果表明：该装甲钢具有应变率强化效应,且温度软化效应显著;采用J-C本构模型仿真的均质梁峰值挠度与试验结果的相对误差为1.7%~6.1%,残余挠度相对误差为0.6%~7.6%。     

电铸Ni-W合金高应变率下的流变应力特征

利用Gleeble-1500型热模拟机和分离式Hopkinson压杆实验装置,对700℃下退火2 h的电铸Ni-W合金进行压缩试验,测定合金在准静态条件(10-3~10-1s-1)和高应变率(650~2 200 s-1)下的应力-应变曲线。结果表明,在高应变率条件下,电铸Ni-W合金具有应变率增强、增塑及应变强化效应。高应变率下的塑性变形过程中产生的绝热升温对材料起软化作用。基于Johnson-Cook(J-C)本构模型,引入绝热温升软化项对模型进行修正,通过实验数据拟合得到电铸Ni-W合金的动态塑性本构关系。     

铜锌合金的动态力学特征及本构关系

为准确可靠的拟合铜锌合金在高应变率下的本构模型,用霍普金森压杆(SHPB)装置和电子万能试验机分别对帽形、圆柱、拉伸试样进行动态冲击试验和准静态拉伸试验,得到不同应变率下的应力-应变曲线,进而得到JohnsonCook本构模型相关参数。结果表明：剪切应变率为6.3×10⁴～7.8×10⁴s^-1时,铜锌合金表现出明显的应变率强化效应及热软化效应;在真实压缩应变率为1 400～2 245 s^-1时,用线性拟合获得的应变率强化参数能反映铜锌合金的动态力学特性,但不能准确反映其在更高应变率下的动态力学性能;用Cowper-Symonds应变率强化效应系数修正公式得到符合较高应变率下的应变率强化参数,C₁、C₂分别为2.0×10^-3、0.71,修正后的Johnson-Cook本构模型计算结果与试验数据吻合度较高,说明可有效预测铜锌合金的动态力学性能。     

7A52/7055铝合金层合结构动态力学性能研究

对7A52/7055铝合金层状复合材料进行准静态压缩试验以及不同温度、不同应变速率条件下的冲击压缩试验,并分析其应力-应变、能量吸收和本构模型。结果表明:当应变率为(1 000～3 000)s-1时,7A52/7055铝合金层状复合材料在高应变率下敏感性较高,其流动应力随应变率的增大而升高,在高温条件下材料的流动应力变化不明显;在350℃时能量吸收效果明显,当7A52和7055层厚比为1∶2时,能量吸收效果最佳;基于MATLAB curvefitting拟合出的Johnson-Cook模型能较好地预测试验中铝合金层状复合材料的流动应力。     

坡膛结构变化对火炮内弹道性能影响的研究

考虑了经典内弹道方程组和弹带挤进过程的耦合效应,以内弹道方程组的解作为弹带挤进过程数值模拟的力边界条件,同时以数值模拟的结果作为内弹道方程组下一增量步计算的初始条件。引入了Lemaitre提出的基于连续损伤介质力学的考虑粘塑性及韧性损伤耦合效应的本构模型来模拟弹带材料的损伤失效过程,采用了Von Mises屈服准则、Johnson-Cook硬化模型及Johnson-Cook失效模型,考虑了大应变、高应变率、温度软化作用、初始损伤及累计损伤失效效应,并借助一种高效的时间积分方法通过Abaqus\\Explicit模块的材料子程序接口VUMAT将其引入到显式非线性有限元软件中,借助显式非线性有限元算法对两种坡膛结构下弹带挤进过程进行了数值模拟。分析了两种不同坡膛结构对弹带在挤进过程受力状态的影响,同时指出坡膛结构及弹带应力状态对火炮内弹道性能的影响,为火炮坡膛的设计提供了有益的参考。     

某型船用钢的动态力学性能和本构关系

为了得到某船用钢的动态力学性能及本构关系,运用静态试验机及分离式霍普金森压杆加载装置,在应变率为0.000 333~2 571 s~(-1)范围内得到了准静态拉伸及动态压缩条件下的应力应变曲线。对比了Cowper-Symonds(CS)模型和Johnson-Cook(JC)模型,并基于CS模型对应变硬化效应进行了修正。结果表明:某船用钢具有明显的应变率强化效应和非线性应变硬化效应,CS模型比JC模型更能准确描述其应变率强化效应。     

7B52叠层铝合金准静态及动态响应和本构模型研究

为研究装甲车用7B52叠层(7A62/7A01/7A52)铝合金板的力学性能及本构模型,开展7B52叠层板及各单层铝合金板的准静态压缩和动态冲击试验,获得各自的应力-应变关系和Johnson-Cook(J-C)本构模型。结果表明：当应变率为950～1 720 s^-1时,7B52和7A62的流变应力随应变率增大而升高,材料表现出较高的应变率敏感性;应变率为1 720～2 100s^-1时,应变率敏感性降低;应变率为1 100～3 022 s^-1时,7A01和7A52的流变应力基本不变,其应变率敏感性较低;在高速冲击载荷下,7B52叠层板比7A62和7A52铝合金的延展性最大分别提升67%、26%,而与7A01铝合金相比,提升72%;7A62在准静态压缩下,发生剪切破坏;7B52在准静态压缩下,硬质层7A62与7A01中间层界面首先破坏,剪切带在7A52软层中形成。在准静态压缩下,7B52比7A62吸能提升131%,在0.25 MPa冲击载荷下,吸能提升54%,而在0.45 MPa和0.65 MPa冲击载荷下,两者吸能水平接近...     

高聚物粘结炸药铣削时的边缘崩块形成机理分析

针对高聚物粘结炸药边缘质量的控制与优化问题,采用显微摄像和扫描电子显微镜,研究奥克托今基某高聚物粘结炸药件铣削时边缘崩块的宏观与细观特征及其形成机理。研究结果表明：大切深下铣削边缘产生向工件内部扩展的断裂裂纹而出现边缘崩块,控制切深不大于0.1 mm时可以获得较好的边缘完整性;崩块区域的损伤炸药颗粒以穿晶断裂和孪晶分裂方式破坏,因而完整的炸药颗粒较少;裂纹扩展至自由表面时拉应力与剪应力起主导作用,产生沿晶裂纹、粘接剂开裂以及坑窝等损伤。     

内部爆炸载荷作用下钛合金圆管损伤,断裂实验研究

对钛合金圆管进行了内部爆炸加载实验,用高速分幅摄影记录了其动态变形、断裂过程,对回收破片在光学显微下进行了观察,探讨了钛合金管在动载荷作用下的变形、损伤和破坏机理,实验结果表明;钛合金圆管表现为绝热剪切破坏。     

发射装药发射安全性评估方法

为解决高性能火炮发射装药发射安全性问题,对发射装药发射安全性评估方法进行研究。揭示了发射装药引起膛炸的机理,建立了发射装药燃烧与力学环境试验方法、发射装药动态挤压破碎试验方法、发射装药动态活度试验方法,并提出了发射装药发射安全性评估方法。该方法为科学评估发射装药发射安全性提供了理论依据与技术手段。     

HTPB推进剂与衬层界面破坏过程试验研究

为了研究某种HTPB推进剂与衬层界面的失效过程,设计了小型粘接件并对其拉伸断裂过程进行了CCD光学显微镜观察,试验结果表明,紧贴衬层附近的高氯酸铵（AP）颗粒与衬层之间的脱湿,是影响该种推进剂与衬层界面粘接性能的主要因素,同时表明颗粒与衬层之间的界面能小于颗粒与基体之间的界面能。采用图像测量的方法,获得了裂纹平均宽度和平均脱湿长度（颗粒表面与基体之间空隙的长度）与夹具位移之比以及比值随夹具位移的变化率,并以之作为参数,分别在宏观和微观的角度定量分析了推进剂与衬层界面的粘接质量,可作为传统界面粘接质量评定方法的补充。     

磁通量压缩发生器电枢的动力学特性仿真计算研究

为了有效地提高磁通量压缩发生器的输出性能,设计了一种柱锥形结构的磁通量压缩发生器,研究了发生器结构的动力学响应特性。采用聚类算法和文本挖掘技术对非线性动力学仿真软件LS-DYNA进行了二次开发,编制了节点随机失效和有限元网格自动分离程序,建立了一个仿真模型,实现了对发生器的动态膨胀和断裂过程的数值仿真计算。给出了发生器电枢的膨胀角、径向膨胀速度及断裂半径等重要参数的变化。计算结果表明,该模型可以较好地预测电枢发生断裂的时间和位置,且计算得到的电枢膨胀角、径向膨胀速度和断裂半径与理论计算结果较为接近。     

分形维数与含MnS超高强度钢断裂韧性的关系研究

应用分形理论研究含MnS的超高强度钢D6AC的分形及其分形维数的测量方法,得出试样的韧性与分形维数DH成正比关系,即韧性随分形维数的增大而增加.揭示了断口分形维数与材料性能之间的内在联系,为分形理论在材料领的应用提供了有益的帮助.     

动态观察欠时效铝铜多晶体中的变形断裂过程

采用原位拉伸ＳＥＭ观察，对欠时效铝铜多晶体组织中的滑移和断裂过程，特别是剪切变形局部化，进行了研究。结果发现：多个细观剪切带在颈缩区不同位置处形成，逐渐扩展，不直接引发断裂。并结合材料组织进行了相应分析。     

板料拉深有限元模拟冲模速度研究

运用ANSYS有限元软件采用不同的模拟冲模速度进行板料拉深过程分析。研究表明,达到筒形件极限拉深高度而不发生起皱和破裂的模拟冲模速度有一个数值范围,在数值范围内任意选取模拟冲模速度,对起皱和破裂预测不会产生较大的误差,但取较大的模拟冲模速度能极大地提高模拟过程的计算效率。     

内爆炸载荷下弹钢的动态变形与断裂准则研究

在Ｔａｙｌｏｒ临界应力断裂准则的基础上，假定裂纹前端周向拉伸应力σ０＝ｋσＢ，理论和实验研究了两种弹钢（２０＾＃钢和９２６０钢）在内爆炸载荷作用下壳体的膨胀规律，以及断裂系数Ｋ值，应变，应变率和破裂半径。破片加嘏试验表明，理论计算与实验结果具有相当好的一致性。     

固体推进剂药柱综合寿命评估方法研究

对典型的固体推进剂寿命评估方法进行了论述,并建立了以力学性能为主、弹道性能为辅的综合寿命评估方法．该方法主要对推进剂药柱进行了结构完整性分析,并利用时温等效原理,考虑了应力应变受时间、温度的影响,引入Smith粘弹模型,建立了应力应变失效的准则;同时还将断裂理论推广到粘弹性材料,得到了推进剂药柱裂纹和脱粘的失效准则,为药柱的寿命评估提供了新思路．