考虑应变-温度耦合与高温动态结晶的钛合金本构模型研究

Ti-6Al-4V合金的高速切削加工是一个复杂的高温高应变率的热力耦合过程,为更加准确研究Ti-6Al-4V合金在高温高应变率下的真实应力-应变关系,构建了一种修正Johnson-Cook(J-C)本构模型.修正的J-C本构模型综合考虑了塑性阶段应变硬化率会随加载温度的升高而降低的现象,以及在达到高温动态结晶效应的临界温度时,Ti-6Al-4V合金的流动应力会急剧下降的现象.基于修正J-C本构模型的流动应力-应变预测结果与试验数据吻合程度良好,误差率在8％以内,准确的反映了Ti-6Al-4V合金在不同加载温度下的真实应力-应变关系.     

基于黏塑性本构理论的SiCp/2009Al循环本构模型研究

针对SiCp/2009Al复合材料的本构模型建立,开展其室温单轴拉伸试验以及低周疲劳试验研究,得到其单轴拉伸曲线、稳态滞回曲线.基于Chaboche以及Bodner-Partom两类黏塑性本构理论建立其循环本构模型,并将二者对于稳态滞回响应的预测结果进行对比.结果表明:Chaboche本构理论对于其稳态滞回曲线整体走势...     

高温结构的材料本构模型和有限元分析方法

考虑到对大量工作于高温和循环热－机械载荷作用下的机械结构进行实际而有效的热弹塑性－蠕变分析，并进行合理的设计和寿命估计的需要，本文建立并完善了用于高温非弹性分析的修正分离型本构模型，此模型能描述材料循环弹塑性和蠕变行为以及它们之间的相互作用，发展了用于高温非弹性有限元分析的数值方案，此方案的算法是无条件稳定的，并有较高的精度和效率。多种算例证实了上述方案的有效性和对于工程分析的实用性。     

轴承材料弹塑性损伤本构模型的研究

为了准确描述往复载荷下轴承材料的特性,利用Lemaitre损伤理论,将损伤耦合到本构方程中,建立了能较好模拟轴承材料性能的耦合损伤本构模型。利用完全隐式返回映射算法求解本构方程,并推导出与本构方程相对应的一致性切线刚度矩阵。运用有限元分析软件ABAQUS对用户子程序接口UMAT进行二次开发,利用FORTRAN编程语言编写了耦合损伤本构模型的子程序。最后通过算例,对模型和程序进行了验证。结果表明建立的本构模型可以正确地模拟轴承材料的塑性变形。     

TC4-DT钛合金材料动态力学性能及其本构模型

利用同步组装的高温分离式Hopkinson压杆试验装置,对TC4-DT钛合金材料分别进行了常温下不同应变率（930~9700s-1）和应变率为5000s-1时不同温度下（20~800℃）的动态力学性能测试,获得了各种冲击载荷下的应力-应变曲线。试验数据表明,TC4-DT材料具有应变率增塑效应且存在着临界应变率值,当应变率高于此值时应变率敏感性增强明显,此外随着材料加热温度的升高,软化效应减弱。利用试验所得的数据拟合了基于Power-Law和Johnson-Cook两种热-黏塑性本构方程且获得这两种动态本构模型参数,并将所得的两种拟合曲线与试验所得数据进行对比分析,结果表明两曲线吻合度都较好,此外还对这两种曲线的拟合精度进行对比,对比结果表明两种模型的拟合误差相差不大,但是Power-Law模型拟合精度要略优于Johnson-Cook模型的拟合精度。     

基于VUMAT的固体推进剂材料本构模型二次开发

目前通用的大型商业软件都仅提供线性黏弹性本构模型,无法胜任固体推进剂材料的大变形分析。基于Abaqus提供的用户材料子程序接口VUMAT(vectorized user defined material subroutine),选用适应性强的Swanson非线性黏弹性本构模型进行二次开发。本构模型采用Fortran语言编写,可在Abaqus增量求解过程中作为子程序调用。通过标准犬骨单轴拉伸算例,验证子程序的有效性。所开发子程序考虑几何和材料双重非线性,能应用于大型固体火箭发动机药柱结构完整性分析,弥补Abaqus仅含线性黏弹性本构模型的不足。详述材料子程序开发流程,可为用户扩充Abaqus的材料模型提供参考。     

铜基粉末冶金多孔材料在高应变率下的力学性能及本构关系

通过实验得出铜基粉末冶金摩擦材料在高应变率下的应力应变曲线，建立该材料的本构模型。在分离式Hopkinson压杆(SHPB)上进行了该材料在10^2/s-10^3/s应变率范围内的冲击试验，弹速范围为4m／s-15m／s，在透射杆上采用半导体应变计技术；在MTS实验机上做了该材料在10^-4s/10^-3/s应变率范围内的准静态实验，分别在应变为0．005、0．01、0．02、0．035时卸载再加载，以验证该材料的粘弹塑性特征。通过分析动态和静态实验曲线，发现该材料在应变率300/s和准静态时有应变硬化效应，但在500/s以上却反映出应变软化效应，得出该材料为含损伤非线性粘弹塑性材料，故提出用适应于脆性材料的粘弹塑性模型和粘塑性项的组合本构模型来拟合该材料应变弱化段的本构方程。所得结果可推广应用于类似烧结合金的材料。     

基于变长度悬臂曲梁的金属橡胶材料本构模型

依据金属橡胶材料细观结构变形的主要特征,对金属丝螺旋卷的空间位形、接触模式进行分析。提出基于变长度悬臂曲梁的单匝螺旋卷细观结构单元,结合接触作用模型,从材料的微元体出发推导承受压缩载荷金属橡胶材料的本构模型。该模型包含金属丝直径、弹性模量、螺旋卷直径、材料相对密度等基本的材料结构参数,从理论上解释金属橡胶材料力学特性的物理本质。通过圆柱形和长方形两种不同外形金属橡胶试件对所建模型进行试验验证,结果表明理论计算和试验数据吻合较好,说明该模型能够描述金属橡胶材料在加载和卸载阶段的力学行为。为进一步研究金属橡胶材料的力学特性,指导金属橡胶产品的设计提供理论依据。     

金属材料本构模型的研究进展

介绍了金属材料加工硬化、动态回复和动态再结晶流变行为的传统本构模型;概述了统一本构理论模型的产生、通用形式和共同特点,并对Miller、Walker、B-P和Chaboche等几种典型的统一本构模型重点进行了介绍。     

7003铝合金本构模型参数和力学性能研究

通过动、静力学试验获得了7003铝合金材料在不同应力三轴度和不同应变率条件下的应力-应变曲线和材料断裂特性参数,利用试验结果拟合了对应变率敏感的Johnson-Cook材料本构模型参数。试验结果表明7003铝合金是一种典型的塑性金属材料,断裂破坏过程具有一定的应变率敏感性,且断裂应变随着应力三轴度增高而降低;通过LSDYNA仿真软件模拟了7003铝合金零件的断裂全过程,仿真结果与试验吻合良好,研究结果可以为7003铝合金薄壁类零件的设计和分析提供参考。     

轨道车辆SUS304不锈钢材料动态力学性能与本构模型修正

为研究轨道车辆车体常用SUS304不锈钢材料的动态力学性能,进行了0.0002 s-1～500 s-1宽应变率下的动态拉伸试验,得到了不同应变率下的应力应变曲线,结果表明在动态拉伸过程中该材料表现出应变硬化现象,应变率强化效应和一定的热软化效应.为准确描述该材料的动态力学性能,首先建立了该材料在室温下的Johnson-...     

橡胶波形发生器材料本构模型有限元仿真及试验研究

通过橡胶试件的拉伸、压缩试验,得出了两种硬度橡胶材料的应力-应变关系;建立两种硬度橡胶波形发生器的有限元模型,分别施加18 kN和28 kN的载荷,得到了采用不同本构模型的最大静态变形量及静态刚度;进行实物试验,并将有限元仿真结果与实物试验结果对比.研究表明:Arruda-Boyce模型相对误差最小,Van der Waals模型相对误差最大.     

冲击载荷下铜基粉末冶金材料性能及本构关系研究

在hopkinson压杆上做了铜基粉末冶金摩擦材料的冲击压缩试验。结果表明:在1000/s应变率以下时,材料表现为应变率强化效应;在1000/s应变率以上时,材料表现为应变率弱化效应。得出结论:应变率1000/s为材料的临界应变率。根据实验得出的应力应变曲线,在朱王唐模型的基础上加入表征材料粘性特征的塑性项,对试验曲线进行数值模拟,取得了较好效果,填补铜基粉末冶金摩擦材料在冲击动态参数上的空白,为工程应用提供了理论依据。     

基于J-C模型440C不锈钢动态本构关系的修正

为了构建合理描述440C不锈钢流动应力变化关系的本构模型,借助万能试验机和霍普金森压杆装置,分别进行了准静态和动态压缩试验。依据所获得的试验数据,对原J-C本构模型参数进行了标定,并探讨了其描述所研究材料应力流动行为的适用性和预测准确性。基于分析的结果,提出了一种考虑应变、应变率和温度间相互耦合的修正J-C本构模型,并进行模型参数标定。将试验数据与模型预测值进行对比分析,并通过相关性系数R、平均相对误差AARE和平均均方根偏差RMSE三个统计参数,对所提出模型的有效性进行评价。结果表明,440C不锈钢的动态力学行为受应变、应变率和温度间耦合作用的共同支配,所提出修正J-C本构模型相关性系数R为0.995 9,平均相对误差AARE为0.073,平均均方根偏差RMSE为0.761 8,能够合理地描述其应力流动行为。     

高强度钢45CrNiMoVA流变本构方程研究

本文以45CrNiMoVA材料为研究对象,通过准静态扭转实验和正交切削实验相结合的方法建立了反映切削加工过程中应变硬化效应、应变率硬化效应和热软化效应的Johnson-Cook材料本构模型,在低应变率范围内采用扭转试验的方法来获得材料本构模型的系数,使用正交切削实验来获得高应变率条件下的材料模型系数。     

ASME应变强化本构模型及压力容器安全裕度分析

弹塑性有限元分析需要材料的真实应力—应变曲线,但利用ASME中的应变强化本构模型,按标准保证值和实测值分别建立的ASME真实应力—应变曲线存在较大的差异。运用ANSYS有限元软件模拟同一个1.4301奥氏体不锈钢压力容器模型在这两种材料参数下筒体应力、应变以及爆破压力的差异,并将模拟结果与试验结果对比。同时利用有限元模拟和爆破试验的爆破压力结果,分析奥氏体不锈钢应变强化压力容器在不同预应变下的安全裕度和实际安全裕度。结果表明：按保证值材料参数设计的压力容器,容器的实际塑性应变要比理论值小很多,用实测值材料参数设计大变形压力容器时应严格控制实际的应变值;应变强化压力容器的理论设计应变可达10%,但实际应变应在5%左右,容器才具有足够的安全裕度。     

硬质聚氨酯泡沫动态压缩本构模型研究及有限元仿真

硬质聚氨酯泡沫常被用于缓冲吸能结构,为了更好地在动态加载场景中对该材料进行设计及仿真,需要对其动态力学性能及本构模型进行研究。文章对硬质聚氨酯泡沫进行中低应变率下的动态压缩试验,并进一步分析了应变率对材料性能的影响;使用Avalle模型建立了描述材料压缩力学行为的本构模型,在模型中引入应变率项并基于试验数据的量化分析结果对模型进行了修正;在ABAQUS有限元软件中输入修正后的Avalle本构模型数据,对硬质聚氨酯泡沫进行冲击仿真。研究结果表明：硬质聚氨酯泡沫应力-应变响应对应变率具有敏感性,修正后的Avalle模型对多种应变率下的试验数据拟合较好,而基于该模型进行的有限元数值仿真在6 m/s及8 m/s的冲击条件下加速度峰值与试验数据误差分别为4.09%以及12.72%,模型可靠性较高。     

TB6钛合金材料本构关系的试验研究

基于有限元技术的金属材料加工数值模拟对于改善加工工艺、提高工件表面质量、实现高效加工具有重要意义,其中描述材料应力应变关系的本构模型是这一分析手段的基础条件。针对TB6钛合金材料加工数值模拟分析的需要,基于万能试验机、gleeble热模拟试验机和霍普金森杆试验装置,设计并开展了多种应变率和温度工况条件下的TB6钛合金材料应力-应变试验,基于试验工作建立了TB6钛合金材料的本构关系。     

基于梯形锯齿切屑的切削法构建GH2136合金本构模型

基于梯形锯齿切屑的切削模型,使用准静态压缩实验和正交切削实验相结合的方法,构建了能够描述铁基高温合金GH2136切削加工过程的Johnson-Cook材料本构模型。该模型的应变及应变率范围远高于常规分离式霍普金森压杆实验(Split Hopkinson Pressure Bar,SPHB)方法所能达到的范围,大大地提高了模型在切削加工仿真中的准确度。在专业的切削仿真软件Advant Edge(AE) FEM中应用新建立的Johnson-Cook材料本构模型进行正交切削仿真,将仿真结果同实验法得到的结果进行对比,验证了模型的准确性。     

医用Ti-xNb-2Fe合金铣削修正本构模型及其仿真研究

当前,医用Ti-xNb-2Fe合金应用越来越广泛,但要想获得较高精度的表面质量,仍需后续精加工.针对Ti-xNb-2Fe合金建立仿真工艺流程,构建了考虑应变、应变率和温度对流动应力影响的修正Johnson Cook(J-C)本构模型,提出一种基于医用Ti-xNb-2Fe合金的切削物理量预测方法.首先,使用物理性能计算软...