2024-T42铝合金低中应变率力学性能及本构关系

为研究2024-T42铝合金的低中应变率力学性能和本构关系,采用电子万能实验机和高速液压伺服材料实验机,进行常温下2024-T42铝合金准静态、低中应变率拉伸实验,得到材料在不同应变率下的应力-应变曲线。考虑颈缩对真实应力-真实应变的影响,采用仿真反演方法对颈缩后的真实应力-真实应变曲线进行修正,并基于Johnson-Cook本构模型进行拟合。结果表明:2024-T42铝合金在低中应变率范围的率敏感性较弱;但具有较强的应变硬化效应;基于仿真分析的反演修正方法能较好重构材料颈缩点后的真实应力-真实应变曲线;并通过铝管压溃实验和仿真分析,验证了反演修正方法的合理性和所获本构模型参数的准确性。     

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 ...     

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。     

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。     

强动载下岩石动态本构关系试验研究

高应变率下材料动态本构关系，目前主要通过Ｓ．Ｈ．Ｐ．Ｂ装置和轻气炮装置来获得。研究表明，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具有重要的指导和实用价值而越来越受到重视。本文主要评述它们在岩石介质材料中的应用和最新进展，对它们的历史和今后的发展趋势也作了简要说明。     

汽车用2024-T351铝合金的动态力学行为各向异性

采用拉伸机、扫描电子显微镜(SEM)及光学显微镜(OM)等研究了汽车用2024-T351铝合金的动态力学行为各向异性与微观组织演变。结果表明,2024-T351铝合金表现出明显的各向异性且应变率对力学性能与微观组织有一定的影响。相同应变率下,0°方向上的应力最大,45°方向上的应力最小。在0°方向上,合金的抗拉强度随应变率的增加变化相对较小,而屈服强度、延伸率和断面收缩率呈现先增加后保持不变最后持续增加的趋势;在45°和90°方向上,合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率与断面收缩率均随着应变率的提高呈现先增加后保持不变最后持续增加的趋势;90°方向相比于其他两个方向有着更强的应变率敏感性。拟合得到三个方向上的Johnson-Cook本构方程,其可以很好地预测2024-T351铝合金在各个方向上的动态力学行为。所有试样断口表面均有大小不一的韧窝,且应变率越高形成的韧窝就会越大且越深。断后晶粒尺寸与方向和应变率基本无关,但晶粒纵横比受方向和应变率的影响较大。     

7075铝合金冷搓成形本构关系及有限元分析应用研究

目的 研究7075铝合金在高应变速率下的本构关系,并将其应用于有限元仿真分析中,以实现对7075铝合金环槽铆钉冷搓成形过程的精确预测。方法 利用霍普金森压杆(SHPB)实验获得7075铝合金在1 000~4 500 s⁻¹应变速率下的真实应力-应变曲线。结合静态压缩实验在0.001 s⁻¹应变速率下的结果构建了优化的Johnson-Cook(J-C)本构模型,并应用有限元仿真对7075铝合金环槽铆钉冷搓成形过程进行模拟预测。结果 当应变速率由0.001 s⁻¹上升至3 000 s⁻¹时,7075铝合金的屈服强度增长较少,但当应变速率由3 000 s⁻¹上升至4 500 s⁻¹时,屈服强度提高了45 MPa。利用优化的J-C本构模型对真实应力进行预测,其平均相对误差与相关系数分别为0.35%和0.999 2。有限元分析结果显示,在成形过程中,铆钉零件任意部位的最大应变速率基本低于4 500 s⁻¹。外形预测结果与实际测量值的最大绝对误差为0.08 mm,最大相对误差为3.45%。结论 当应变速率由3 000 s⁻¹上升至4 500 s⁻¹时,7075铝合金展现出了明显的应变率强化效应,优化的J-C本构模型能够准确预测7075铝合金在0.001 ~4 500 s⁻¹应变速率范围内的真实应力。将其应用于有限元分析能够准确预测7075铝合金环槽铆钉冷搓成形过程。     

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。     

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。     

3104铝合金高温塑性变形本构关系研究

在Gleebe-1500 热模拟机上,采用高温等温压缩试验研究了3104铝合金在高温压缩变形中的塑性变形本构关系.结果表明, 应变速率和变形温度的变化强烈影响合金流变应力的大小, 流变应力随变形温度升高而降低, 随应变速率提高而增大;可用含Zener-Hollomon 参数的本构方程σ＝(1/α)×ln{(Z/A)1/n [(Z/A)2/n 1]1/2}来描述3104铝合金高温压缩变形时的流变应力行为,解得A＝202854595.1s-1、n＝3.4046、α＝0.03886MPa-1.     

钢筋混凝土微平面动态本构模型

在B．P．Bazant等人提出的混凝土微平面模型基础上通过引入钢筋的影响提出了一个钢筋混凝土动态本构模型。本构模型的建立通过平行耦合假定考虑钢筋和混凝土的相互作用。混凝土模型采用能反映各种复杂受力行为并被充分验证的M5微平面模型，钢筋采用Cowper—Symonds型率相关的双线性模型。最后参照M4微平面模型对应变率效应的处理方法，将提出的钢筋混凝土模型推广到动态模型范畴。此模型可适合钢筋混凝土的静力、动力显式分析。     

应变控制加载下砼本构关系的试验研究

本文采用应变控制加载方式对砼的应力应变全过程曲线进行试验研究，完成了砼试块在单轴拉伸、单轴压缩、双轴压缩及双轴拉压状态下的全过程曲线测试，克服了荷载控制方式下不能测取其下降段的缺陷。     

7050-T7351铝合金力学性能测试及本构模型研究

为分析7050-T7351铝合金的应力流动行为和塑性变形情况,对该铝合金进行了不同应变率和温度下的力学性能测试,通过测试结果标定了Johnson-Cook(JC)、Hartley-Srinivasan(HS)和Swift本构模型。利用ABAQUS有限元软件建立有限元模型进行仿真分析,根据计算结果对JC本构模型给予修正,最终得到Modified Johnson-Cook(MJC)本构模型。将JC的应变率和温度项乘子与HS和Swift模型耦合,然后进行Taylor杆撞击测试以及相应的有限元计算,验证三种本构模型的有效性。结果表明：JC模型高估了7050-T7351铝合金的应力流动行为,而MJC本构模型预测的结果与试验有很好的一致性,HS和Swift模型均能较好地反映该材料在准静态下的应力流动行为。此外,MJC模型可以很好地预测Taylor杆的塑性变形,而将JC的应变率和温度项乘子与HS和Swift模型耦合后的修正模型对Taylor杆变形情况的预测精度相对较差。     

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。     

玄武岩纤维混凝土的冲击力学行为及本构模型

采用Φ100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置研究了玄武岩纤维混凝土在不同应变率下的冲击力学行为,并将其与基体混凝土进行对比分析;采用朱-王-唐(ZWT)模型,在试验研究的基础上,建立了考虑纤维三维随机分布效应的玄武岩纤维混凝土非线性粘弹性本构模型,并与SHPB试验结果进行比较。结果表明:玄武岩纤维混凝土的冲击压缩强度与能量吸收能力,较素混凝土有明显提高,具备优异的冲击力学性能;本构模型提供的理论曲线与试验曲线比较接近,改进后的ZWT模型可以较为准确地描述玄武岩纤维混凝土的高应变率力学行为。     

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。     

7050铝合金蠕变本构模型及其泛化能力研究

目的 研究7050铝合金在温度为121～163℃、外加载荷为170～250 MPa条件下的蠕变拉伸行为。建立7050铝合金蠕变本构模型,对比本构模型精度并研究其泛化能力。方法 采用CTM504–A1高温蠕变持久试验机进行蠕变拉伸实验,基于蠕变曲线及数据处理,分析蠕变温度和外加载荷对蠕变拉伸行为的影响,采用人工神经网络模型和幂律方程构建7050铝合金蠕变本构模型。结果 7050铝合金在温度为121～163℃、外加载荷为170～250MPa时,蠕变速率为4.44×10-8～1.09×10-5 s-1,蠕变应变和稳态蠕变速率随着温度的升高而增大,在温度为163℃、外加载荷为250 MPa以及温度为177℃、外加载荷为170～250 MPa条件下,出现了蠕变第3阶段的加速蠕变,依据幂律方程构建的本构模型预测值的平均相对误差为2.45%,相关系数为99.02%;人工神经网络本构模型的预测值的平均相对误差为0.96%,相关系数为99.98%。结论 在温度为121～149℃、外加载荷为170～250 MPa时,合金具有良好的低温抗蠕变性能。通过验证分析,与幂律方程模型相比,人工神经网络模型的预测精度...     

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.     

高温下地聚合物混凝土损伤演化及动态本构模型研究

采用高温SHPB试验系统对高温下地质聚合物混凝土(Geopolymeric Concrete, GC)损伤演化规律及本构模型进行试验研究。结果表明,高温下GC主要力学性能指标呈显著的应变率强化效应及温度弱化效应;利用波阻抗衡量GC的高温损伤可行、有效,所得损伤演化规律能较好表征GC损伤实际情况;以静力本构模型为基础,通过引入应变率强化因子及温度弱化因子构建GC动态损伤本构模型,通过试验结果标定参数,可获得较准确的地质聚合物混凝土动态损伤本构模型。     

粗粒土的工程特性及本构模型研究

本文在大量的试验基础上，系统分析和总结了三种类型粗粒土的特性。并针对广泛应用的Ｅ～模型存在的问题，结合粗粒土的变形机理，提出了描述粗粒土特性的新的非线性Ｋ－Ｇ模型。该模型对几座高土石坝的应力－应变计算结果测资料吻合较好。