高应变率下6061铝合金力学性能及本构模型研究

为研究6061铝合金在高应变率下的力学性能,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置进行87组应变率为(2 000～3 400)s-1的动态压缩试验,得到应力-应变曲线。提取动态试验中试件的流动应力和塑性应变的最大值,揭示峰值应力-应变与应变率间的相关性,并根据6061铝合金的特性对Johnson-Cook本构模型进行修正。结果表明:在高应变率下,6061铝合金为应变率较敏感材料,应变率和峰值应力、应变率和峰值应变间的线性相关性较强,且修正后的JohnsonCook本构模型可以较准确地描述6061铝合金的力学性能。     

金属在大变形,高应变率和高温条件下的本构模型和数据

介绍了材料在大形变、高应变率和高温条件下的本构模型和数据。模型的基本形式很适合计算机操作，因为它使用的变量可应用于大多数的计算机编码。所考虑的材料是高导无氧（ＯＦＨＣ）铜、药筒黄铜、镍２００、工业纯铁、卡彭特（Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ）电工钢、１００６钢、２０２４－Ｔ３５１铝、７０３９铝、４３４０钢、Ｓ－７工具钢、钨合金和ＤＵ－７５Ｌｉ（贫轴）。从应变率范围较宽的扭曲试验、静态抗拉试验、动态霍普金森（Ｈ     

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.     

应变率相关的混凝土连续损伤本构模型

针对混凝土在爆炸和高速撞击、侵彻等典型动态加载下的响应问题,在开发动态本构模型方面做了相应研究,自行开发了适合描述混凝土大变形、高应变率、高压加载响应的计算本构模型--混凝土率相关连续损伤模型(RDCDMC),并将其引入三维动力有限元程序LS-DYNA.模型在考虑混凝土的损伤(包括拉、压损伤)、应变率效应及破坏模式的完备性方面有所进步.模型的可行性和有效性在相关的数值模拟工作中得到了检验.     

冲击加载作用下铁和镍的高应变率变形

采用飞片碰撞试验，研究了纯铁和纯镍的动态变形机制及其特点。结果发现：位错的生成率是有限的，最大仅是４．７８×１０１８ｃｍ－２·Ｓ－１。对应的最大应变率是８．５×１０５ｓ－１，位错的最大速度是１８．９ｃｍｓ－１。在最大冲击波压力下，材料的最大剪切应力是剪切模量Ｇ的１／２６。剪应力、位错速度和位错的生成与冲击波压力的关系是符合常规变形机制的。在实验所用的压力范围，位错不会均匀生核和以超声速移动。     

装甲钢在高应变率下的热塑剪切失稳

本文通过正交切削试验方法,研究了某装甲钢在高应变率下的热塑剪切失稳现象,讨论了热塑剪切失稳的临界条件以及热塑剪切带宽度的变化规律,理论分析与试验结果是一致的。     

温度和应变率历史对拉伸载荷下铁基记忆合金本构关系影响的研究

在20～500℃和0.00208～193s-1的范围内研究了温度和应变率历史对拉伸载荷下铁基记忆合金本构关系的影响.实验结果表明,应变率历史对该材料具有强化作用,而且随着预应变率的提高,其强度提高,延伸率降低.其对应变率历史的敏感性则随着温度的升高而降低.     

高应变率下的芳纶纤维增强复合材料拉伸试验研究

利用爆炸膨胀环实验技术对芳纶纤维增强复合材料（KFRC）进行高应变率（104s-1）下的力学特性研究,用铜丝汽化引爆装药的方法对驱动环进行能量加载,采用激光位移干涉仪测试试样环自由膨胀时的质点速度,实现了KFRC在104s-1应变率下的一维拉伸破坏,获取该材料的速度-时间曲线和应力-应变关系,并与在准静态、中高应变率下试验得到的数据进行比较。结果表明,KFRC具有较为明显的应变率效应,其在高应变率下的拉伸强度比常规试验下的提高近30%。     

电铸纳米晶镍锰合金的性能研究

对利用冲液装置和高频窄脉宽脉冲电流电铸所得到的镍锰合金试片进行了显微硬度的测试及拉伸试验,研究与分析了沉积电流密度对电铸层显微硬度和拉伸性能的影响。结果表明,随沉积电流密度的增大,由于电铸层锰含量升高和晶粒尺寸减小而使电铸镍锰合金的显微硬度和强度升高,延伸率降低。电铸纳米晶镍锰合金具有较高的显微硬度和强度。     

高温-高应变率下MB2合金的动态力学性能及变形机理

利用分离式Hopkinson杆实验加载装置,结合入射波整形技术,进行MB2合金不同初始温度、不同温度、不同应变率下冲击压缩实验。并利用获得的应力-应变数据,采用修正的Johnson-Cook本构模型,拟合MB2合金的本构关系。同时,利用金相分析方法,分别对回收试样的横截面和纵截面的晶粒的变形情况进行显微组织观察分析,解释MB2高温-高应变率下的变形机理主要是特定的滑移系上的晶粒经历了长大-滑移的变形机制。     

TC4钛合金三种动态本构模型的对比分析

基于TC4合金的应变率和温度相关单轴应力-应变曲线试验数据,优化估计了Johnson-Cook、修正Zerilli-Arm-strong和Bammann黏塑性三种动态本构模型的材料参数,对比分析了三种本构模型对TC4单轴变形试验数据的描述能力。结果表明:在TC4变形试验参数范围内,Bammann黏塑性模型可以较好地描述TC4合金的应变率和温度相关变形行为;Johnson-Cook模型和修正Zerilli-Armstrong模型的单轴应力-应变曲线计算结果比较接近,但与试验数据的相关性相对较差,均不能如实反映TC4室温动态压缩试验的应变率敏感性。     

利用BP神经网络预测BT20钛合金的流动应力

为建立BT20钛合金(Ti6Al2Zr1MolV)的流动应力预测模型,通过热压缩试验获得其流动应力曲线,并对BP神经网络的算法进行改进,实现BT20钛合金的流动应力的准确预测。研究表明:采用人工神经网络(ANNs)预测流动应力不需要考虑材料特性,有效地避免了传统经验或回归本构模型由于假设和简化带来的误差,并且神经网络具有很强的非线性离散数据处理能力,选取合适的网络模型(主要是隐层数及隐层单元数),输入足够的样本数据对神经网络进行训练即可获得令人满意的预测精度;采用含两个中间层,网络结构为3×16×14×1的改进BP神经网络模型能够较为准确的预测BT20钛合金的流动应力,计算效率较高,该预测模型可作为其塑性成形过程有限元模拟的本构关系。     

2519铝合金及焊缝应力腐蚀性能研究

用美国ER2319焊丝,采用钨极氩弧焊接和搅拌摩擦焊接工艺焊接2519铝合金板材。对两种焊接工艺焊接的板材焊缝部位取样,用慢应变速率试验方法,研究2519铝合金板材及两种焊接工艺焊接的接头,在3.5%NaCl溶液中,1.58×10-6s-1的慢应变速率下的应力腐蚀特性。试验结果表明:2519铝合金板材及焊缝抗应力腐蚀性能较好;用钨极氩弧焊接工艺焊接的试样,在惰性气体中试样断在焊缝的熔合线附近;搅拌摩擦焊接工艺焊接试样,不论在惰性气体还是在3.5%NaCl溶液中,均断裂在焊缝部位。焊缝区的抗应力腐蚀性能好于板材。     

应变速率对稀土镁合金动能吸收能力的影响

采用分离式Hopkinson压杆技术,对稀土镁合金T5态板材试样进行冲击压缩实验,获得不同应变速率下的应力应变曲线。对该曲线进行面积积分,研究应变速率对试样动能吸收能力的影响。结果表明,应变速率对稀土镁合金动能吸收能力影响显著,利用Origin7.0中的非线性拟合工具得到应变速率ε-与动能吸收能力Q呈现非线性关系,Q=-3.36+0.01328ε-+3.89×10-6ε-。     

TC11合金β相区大应变热变形行为及组织研究

利用热模拟试验机,在温度为1020～1080℃和应变速率为0．001～70 s~(-1)范围内对TC11合金进行真应变为1．2的大应变等温恒应变速率压缩试验,获悉高温塑性流动的应力-应变关系曲线特征,并对变形前后的微观组织进行观察。结果表明:流动应力随应变速率升高和温度降低而增加,但前者比后者对流动应力的影响更为显著;在所研究的温度范围内,当应变速率大于10．0 s~(-1)时,变形组织主要为拉长的β晶粒;当应变速率在1．0～0．01 s~(-1)之间时,变形试样分别发生部分动态再结晶和完全动态再结晶;当应变速率为0．001 s~(-1)时,变形试样以动态回复为主。为获得良好的变形组织,热加工区域以温度在1020～1050℃,应变速率在0．01～1．0 s~(-1)范围为宜。     

高应变率下工业纯钛TA2变形与失效研究

利用Hopkinson杆,采用动态压缩实验研究帽形样品的工业纯钛在高应变率(10~3 s~(-1))下的变形与失效机制。从时间-剪应力曲线分析材料的剪切变化规律。结果表明:轧制变形后的试样,它的绝热剪切敏感性明显变强;而在轧制变形量相同的情况下,从材料厚度方向上取的试样,其绝热剪切敏感性比其它方向强。通过光学显微镜、扫描电镜和透射电镜分析其显微组织的变化规律。结果表明:试样的受剪部位均可观察到明显的绝热剪切带。绝热剪切带是材料宏观失效的先兆,带内晶粒细小,为等轴晶,发生了再结晶,带中的微裂纹、微空洞的形成最终导致材料失效。