鎂基復合材料高溫高應變率本構(gòu)關系及驗證.pdf

1、鎂合金因其潛在的物理和力學性能被廣泛用于電子、汽車等工業(yè)領域。為了改善鎂合金的力學性能以滿足不同領域?qū)ζ涞男枨?，越來越多的研究者開始研究納米增強鎂基復合材料的力學性能。但是，這些研究者主要是研究材料在室溫以及靜態(tài)/準靜態(tài)條件下的力學行為，而這與實際工況是不相符的。因此，研究鎂基納米復合材料在高溫動態(tài)荷載下的力學性能具有重要的意義。
　　本文采用霍普金森拉桿(Split Hopkinson Tension Bar，SHTB)實驗裝置

2、測試了鎂基納米復合材料在高溫高應變率下的力學性能，得到了一系列的應力應變曲線。在原始實驗數(shù)據(jù)的基礎上進行了溫度修正，同時在考慮溫度和應變率之間的耦合作用的條件下對標準Johnson-Cook(J-C)本構(gòu)模型進行了兩次修正（Modified和Proposed模型），并采用溫度修正后的實驗數(shù)據(jù)對標準J-C和修正J-C本構(gòu)模型都進行了參數(shù)擬合。將擬合結(jié)果與實驗結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，修正的J-C本構(gòu)模型（Proposed模型）可以更好地描述材料在高溫

3、高應變率下的力學行為。
　　本文采用Johnson-Cook(J-C)動態(tài)破壞本構(gòu)模型來描述材料在高溫高應變率下的失效行為，并根據(jù)實驗結(jié)果擬合出了相關參數(shù)。詳細推導了VUMAT子程序的應力更新算法，并將修正的J-C本構(gòu)模型和J-C破壞本構(gòu)模型編寫到VUMAT子程序中。在此基礎上，基于SHTB實驗裝置建立了有限元模型進行了數(shù)值模擬分析。結(jié)果表明，采用修正本構(gòu)(Modified Model)模擬得到的結(jié)果與實驗結(jié)果吻合更好，而新提出的

4、本構(gòu)(Proposed Model)則更適合描述復合材料在高溫高應變率下的力學性能。
　　為了驗證復合材料的本構(gòu)關系，本文采用數(shù)值模擬的方法進一步研究了鎂基納米復合材料板材在沖擊荷載作用下的變形行為。首先，在一定厚度和尺寸下研究了鎂復合材料板材在低速反復沖擊下的變形行為;其次，在等面密度的基礎上研究了鎂基復合材料在高速沖擊下的變形行為，并將模擬結(jié)果與已有文獻實驗結(jié)果對比，結(jié)果表明:在平頂沖頭作用下，鎂基復合材料板材的彈道極限速度值