高强钢动态力学性能及断裂行为研究

对某马氏体高强钢材料进行准静态及动态拉伸试验,得到在不同应变率下材料的应力-应变关系.对Johnson-Cook模型中的应变率强化系数C进行修正,建立了考虑应变率效应的高强钢本构关系.通过对不同应变率、不同加载状态试验的断裂应变进行分析,结果表明,应变率对断裂应变的影响没有规律,而随着应力三轴度的增加,材料的断裂应变降低.对Johnson-Cook断裂模型的参数进行修正,建立了考虑应力三轴度的断裂模型.将Johnson-Cook本构模型和断裂模型的相关参数输入到ABAQUS中进行仿真模拟,仿真结果与试验结果基本一致,从而验证了该本构模型与断裂模型的正确性.     

预应变和应变速率对HC340LA低合金高强钢力学性能的影响

对HC340LA低合金高强钢板分别施加5%、10%、15%的拉伸预应变,通过准静态和冲击拉伸实验,获得不同应变率下、不同预应变量试样的应力-应变曲线。实验结果表明,HC340LA高强钢对预应变和应变速率敏感,流动应力随着预应变量和应变率的提高而增大。在超过600s-1的高应变速率下,绝热温升效应使材料发生软化,不同预应变量下的材料随应变率的提高延塑性增大。分别基于流动应力模型和Johnson-Cook本构模型拟合实验数据,确立了各种状态下的本构关系。该研究可为考虑成形历史的汽车零部件的碰撞仿真提供可靠的原始数据。     

预应变和应变速率对HC340LA低合金高强钢力学性能的影响

对HC340LA低合金高强钢板分别施加5%、10%、15%的拉伸预应变,通过准静态和冲击拉伸实验,获得不同应变率下、不同预应变量试样的应力-应变曲线。实验结果表明,HC340LA高强钢对预应变和应变速率敏感,流动应力随着预应变量和应变率的提高而增大。在超过600s-1的高应变速率下,绝热温升效应使材料发生软化,不同预应变量下的材料随应变率的提高延塑性增大。分别基于流动应力模型和Johnson-Cook本构模型拟合实验数据,确立了各种状态下的本构关系。该研究可为考虑成形历史的汽车零部件的碰撞仿真提供可靠的原始数据。     

高应变速率下TA1纯钛薄板的J-C本构及失效模型研究

为探究TA1纯钛的动态力学性能，对0.5 mm厚度的TA1纯钛薄板试样进行了准静态以及不同应变速率下的动态拉伸实验，建立了能够真实反映TA1纯钛在高应变速率和较大应变范围内的塑性变形特征的Johnson-Cook(J-C)本构模型，并对原始模型进行了修正；同时，对不同缺口半径的TA1纯钛拉伸试样进行了准静态拉伸实验，建立了基于应力三轴度的失效模型。将建立的J-C本构与失效模型应用于LS-Dyna中进行仿真模拟，并与实验数据对比，验证了模型的有效性与实用性。     

200℃回火50SiMnVB钢Johnson-Cook本构方程的建立

对200°C回火的50SiMnVB钢常温下的准静态和动态力学特性进行了测试,得出材料在不同应变率下的应力-应变曲线,根据Johnson-Cook模型,建立了200°C回火的50SiMnVB钢从准静态到动态较宽应变速率的物理本构方程.对比结果表明:所建立的本构方程和实验结果吻合的较好.     

HC340LA动态力学性能研究及在碰撞工况中的仿真应用

利用万能试验机、液压伺服高速拉伸试验机和霍普金森杆3种设备,开展了HC340LA低合金高强钢多个应变速率的拉伸试验,得到了不同应变速率下的应力-应变曲线,研究了其动态力学性能。对高速拉伸试验数据进行二次开发,采用SwiftHockett-Sherby本构模型进行拟合外推,建立了HC340LA低合金高强钢的材料模型,并进行了纵梁部件落锤试验过程的数值模拟,数值模拟结果与落锤试验结果基本一致,验证了所建立的材料模型的准确性。同时,对比分析了液压伺服高速拉伸试验机和霍普金森杆设备的高速拉伸试验结果。结果表明:液压伺服高速拉伸试验机测量得到的中低应变速率动态曲线与材料准静态曲线有更好的对应关系;霍普金森杆设备适合更高应变速率的试验,无法精准获取材料的真实变形,只能准确测得材料的抗拉强度。     

基于薄壁梁落锤压溃高强钢动态力学性能分析

先进高强钢对汽车的安全性和轻量化具有重要影响,其动态力学性能直接影响到整车碰撞安全。针对汽车用先进高强钢的动态力学性能进行分析,选取双相高强钢HC500/DP780,分别采用普通力学拉伸试验机和液压伺服高速拉伸试验机,获得0.001和0.1 s~(-1)的2种准静态下以及1,10,100,200,500和1000 s~(-1)的6种高应变速率下的单向拉伸试验力学性能,并基于Johnson-Cook方程获得材料的动态力学本构模型。基于薄壁梁落锤压溃试验平台进行压溃性能分析,并采用LS-DYNA进行模拟仿真分析,以此对材料动态力学性能数据及本构模型进行验证分析。结果可知:模型仿真与试验分析的变化趋势基本一致,表明模型仿真的准确性,进而说明材料动态力学性能及本构模型的准确性;随着碰撞速率的增加,管件的吸能比以及载荷比都在减小,这说明碰撞速率对管件的吸能特性有一定影响,随着碰撞速率增加,管件的吸能特性逐渐降低。     

基于Johnson-Cook模型的TC16钛合金动态本构关系

利用Instron液压实验机和分离式Hopkinson压杆动态加载实验,在温度为298～773K、应变率为0．001～15550／s范围内得到TC16钛合金的准静态拉伸及动态压缩条件下的真应力-真应变曲线,并基于Johnson-Cook模型对其进行拟合分析。提出拟合Johnson-Cook方程的简便方法：即引入材料应力-应变曲线发展趋势项,避免对材料绝热温升的估算。结果表明：真应力随应变速率的增加而增加,随温度的增加而降低;当应变速率为10^5／s及温度高于673K时,材料此时的真应力低于准静态下的真应力;获得TC16动态本构关系,能较好地预测TC16钛合金的流变应力。     

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。     

高应变速率冲击条件下Fe-Mn-C TWIP钢的力学性能

采用Hopkinson压杆对实验Fe-Mn-C TWIP钢进行了高应变速率(1202~2532 s-1)下的动态力学性能测试。结果表明:实验TWIP钢具有较为明显的应变速率效应,随应变速率的提高材料的强度和塑性均增加;随应变速率的提高材料的能量吸收值也随之增加。结合准静态压缩(0.001 s-1)实验数据,优化拟合了Johnson-Cook模型中的各参数,获得了材料的动态力学本构方程,拟合结果与实验结果具有较高的一致性。     

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。     

应变速率对AZ31挤压变形镁合金力学行为的影响

通过静态拉伸试验机和高应变速率冲击拉伸试验装置,对AZ31挤压镁合金分别进行了不同应变率下拉伸力学性能的试验,获得了各应变速率下完整的应力-应变曲线。并通过扫描电镜对其拉伸断口进行分析。结果表明,其屈服应力、拉伸强度随着应变速率的增加而增加,失稳应变则随着应变速率的增加而有所减小;而弹性模量则对应变率不敏感。采用Johnson-Cook材料模型描述AZ31镁合金应变速率相关的应力应变本构模型,其拟合结果和实验结果基本相吻合。扫描电镜断口分析结果表明,动态和静态的断裂方式基本相同,都是以准解理断裂特征为主,局部区域伴有解理断裂。     

高伸长率QP钢在高应变速率下的力学特性

为研究高伸长率QP钢的动态力学特性,以两种强度级别的QP钢为研究对象,进行准静态和高应变速率下的单向拉伸试验,得到了不同应变速率下的应力-应变曲线。通过对试验数据的分析,研究了应力与应变速率的关系,并提出动态本构模型来描述QP钢的动态力学特性。基于QP980制作的帽型梁零件,使用HyperWorks进行建模,使用LS-DYNA进行模拟轴向压溃过程的计算,并与实际碰撞试验结果进行对比和验证。通过分析发现:QP钢具有明显的应变速率效应,而且应变速率硬化与相对应变速率不呈线性关系。QP钢帽形梁碰撞试验与仿真对比表明,使用修正的Johnson-Cook模型能较好地描述QP钢在不同应变速率下的动态力学特性。     

汽车车架用B610钢的力学性能与数值模拟研究

随着汽车数量的增加和广泛使用,现代汽车工业对材料的力学性能提出了更高的要求。本文对汽车车架用的B610钢进行了不同温度下的准静态及动态压缩试验,发现B610钢承受准静态荷载时高温区域(400℃-600℃)内材料的温度软化效应最为明显,而当承受动态荷载时在低温区域(-80℃-25℃)内材料的应变率硬化效应最为明显。同时利用试验数据拟合得到了B610钢考虑温度及应变率的Johnson-Cook本构模型,对B610钢材质的车架进行了正面碰撞的数值模拟,结果表明Johnson-Cook模型计算得到的内能转化率达到92.8%而线弹性情形仅有21.4%,等效应力峰值也降低了47%,充分说明了在汽车被动安全性研究中考虑材料温度软化效应及应变率强化效应的重要性。     

DP780高强钢板动态变形力学行为研究

通过准静态拉伸实验和0.1m/s,2m/s,10m/s和15m/s等4种拉伸速度下的动态冲击拉伸实验,对DP780高强钢板的动态变形行为进行了研究,得到了不同应变率下的应力-应变曲线,基于Johnson-Cook模型建立了可描述DP780高强钢变形应变率相关性的应力-应变关系模型。为更好地预测材料动态冲击条件下的应变率以及应力的变化,提出了一个基于宏观变量速度v的本构关系方程,数值拟合结果与实验结果十分吻合。     

高速冲击载荷下AM80镁合金的力学本构及仿真模拟

采用霍普金森压杆技术对固溶态AM80镁合金进行大应变率范围下的高速冲击实验,应变速率分别为700、1100、2150、2750和3650 s~(-1)。结果表明:实验用AM80镁合金的流变应力随应变速率的增加而增加,表现出明显的正应变率敏感性;当载荷由准静态转为动态时,合金的流变应力显著增加。基于不同应变率下的应力—应变曲线确定实验用镁合金的Johnson-Cook(J-C)本构方程。采用ABAQUS有限元软件对合金的SHPB实验进行了数值模拟,根据模拟得到的入射波、反射波和透射波形计算得到各应变速率下的应力—应变曲线,并与实验及J-C本构拟合的应力—应变响应进行对比。结果表明:即使在本构拟合所选应变速率范围外,仿真分析结果也与实验及本构拟合结果基本吻合;但在较高应变时,由于本构未考虑温升效应,使得拟合结果与实验结果的差异较低应变时明显要大。     

T2铜的动态力学性能及本构关系

利用Gleeble1500热模拟试验机和分离式霍普金森压杆试验装置(SHPB)对T2铜进行常温下准静态压缩试验和高应变率下的冲击压缩实验,获得不同应变率下的应力-应变曲线。结果表明:T2铜在动态冲击下的强度明显高于准静态压缩下的强度,具有显著的应变率强化效应;在动态冲击较低应变速率的区域内,T2铜的塑性流动应力对应变率很敏感,具有明显的应变强化和应变率强化效应。但在动态冲击较高应变速率的区域内,发生相同变形时的应力水平相差不大,表现出对应变率变化不敏感的性质。对传统的Johnson-Cook本构模型进行修正,拟合曲线与试验曲线吻合较好。     

TRIP780高强度钢板动态力学特性的研究

通过准静态和动态拉伸实验,获得了材料的力学性能参数,分析了TRIP780高强度钢板材的力学性能特点。基于Johnson-Cook模型建立了描述TRIP780高强度钢应变率相关性的本构关系模型,并将由该模型模拟得到的动态拉伸结果同实验结果进行对比,对比结果表明,数值模拟的结果与实验结果具有较好的一致性。利用数值模拟技术,分别模拟TRIP780钢和普通IF钢的薄壁梁冲击压溃过程,结果表明,TRIP780具有较好的抗冲击碰撞性能。     

考虑应力三轴度影响的X80管线钢延性断裂研究

为了得到X80管线钢在不同应力三轴度下的延性断裂特征，通过标准拉伸试件的准静态拉伸试验标定了X80管线钢的Johnson-Cook本构模型参数。通过不同应力三轴度下的准静态试验和有限元分析得到了各试件的平均应力三轴度和断裂应变，并得到了应力三轴度对断裂应变、抗拉强度和延性的影响规律。结果表明，建立的X80管线钢本构模型与失效模型能够较好地表征X80管线钢在不同应力三轴度下的力学行为与断裂特征。在不同的应力三轴度区间内，X80管线钢的断裂应变与平均应力三轴度的关系满足不同的函数类型，当应力三轴度为0.80～1.56时为递减的Johnson-Cook失效模型函数，当应力三轴度为0～0.80时为递增的线性函数，当应力三轴度为-1/3～0时为递减的幂函数。X80管线钢的抗拉强度与应力三轴度的函数关系满足二次函数的分布形式并单调递增，而延性随着应力三轴度的增加而降低。     

铁素体马氏体双相钢动态加载下的应变硬化行为

利用拉伸Split Hopkinson bar实验装置,对双相钢进行不同应变率下的动态拉伸实验,并应用Johnson-Cook本构模型,对双相钢的动态拉伸性能及应变硬化行为进行分析。结果表明,双相钢具有明显的应变率敏感性;与静态加载类似,在动态加载条件下,双相钢具有较高的初始应变硬化率,随着应变的增加,应变硬化率先迅速下降,而后趋于平缓。