5083鋁合金寬應(yīng)變率下拉壓力學(xué)性能及其本構(gòu)模型描述.pdf

1、隨著5083鋁合金在制造業(yè)中廣泛的應(yīng)用，尤其高速列車和船舶行業(yè)的發(fā)展，要求對其在高速碰撞、大塑性變形等條件下具有良好的力學(xué)性能。同時，材料的屈服應(yīng)力、加工硬化率等參數(shù)也必然會在不同加載速率、溫度等條件下發(fā)生改變。因此，研究分析5083鋁合金在動態(tài)載荷下相關(guān)力學(xué)性能，對工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計和碰撞問題的數(shù)值計算有著重要意義。
　　本文通過MTS材料試驗機、INSTRON動態(tài)材料試驗機和分離式霍普金森試驗系統(tǒng)，針對5083鋁合金材料進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)

2、實驗以及中、高應(yīng)變率加載下的力學(xué)拉伸和壓縮實驗，實驗得到了在較寬應(yīng)變率(2×10-4/s～7×103/s)下的5083鋁合金應(yīng)力應(yīng)變曲線。實驗結(jié)果表明:該材料在同一實驗條件下所得到的應(yīng)力應(yīng)變曲線，其強化階段的拉伸曲線總是低于壓縮曲線。不同應(yīng)變率下的拉伸和壓縮在不同加載情況下的屈服應(yīng)力基本相同，并且屈服應(yīng)力隨著應(yīng)變率不同而有所變化，當(dāng)加載應(yīng)變率低于10/s時，材料的屈服應(yīng)力呈現(xiàn)出負(fù)應(yīng)變率效應(yīng)，之后隨著應(yīng)變率的升高，屈服應(yīng)力呈現(xiàn)出正應(yīng)變率效

3、應(yīng)。進(jìn)入屈服階段之后有著較明顯的冪率形式的應(yīng)變硬化規(guī)律，加工硬化率隨著應(yīng)變率有所降低，呈典型的FCC金屬特征。
　　基于以上實驗結(jié)論，本文歸納總結(jié)了近年來各種可用于描述5083鋁合金沖擊實驗本構(gòu)關(guān)系的模型，針對描述5083鋁合金的動態(tài)本構(gòu)關(guān)系最常用的Johnson-Cook模型（JC模型）進(jìn)行改進(jìn)，由于該模型并沒有考慮到細(xì)觀層面的損傷機理，通過分析了該類材料的動態(tài)損傷機理，并結(jié)合延性金屬的損傷理論和微觀斷裂機理方面的研究，對508

4、3鋁合金動態(tài)軟化現(xiàn)象在理論機理上進(jìn)行了合理解釋，并引入本構(gòu)方程。通過實驗曲線與所得模型曲線的對比，擬合良好，表明該模擬具有很好的適用性。該研究能夠?qū)υ摬牧系墓こ虘?yīng)用提供有效的科學(xué)依據(jù)、分析模型和必要的參考。
　　研究過程中發(fā)現(xiàn)，原有的Johnson-Cook本構(gòu)模型雖然形式簡單，物理參數(shù)較少，但由于此模型屬于半經(jīng)驗半物理型的本構(gòu)模型，缺點在于對加工硬化率隨應(yīng)變和應(yīng)變率增加或者減少的力學(xué)行為描述不足。因此，本文對多晶FCC材料在寬應(yīng)

5、變率下的塑性流動行為進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，討論5083鋁合金在寬應(yīng)變率下的反常屈服行為和加工硬化率降低的實驗現(xiàn)象，產(chǎn)生以上現(xiàn)象的變形機制為兩相合金元素在不同應(yīng)變率下的競爭結(jié)果?；谖诲e動力學(xué)概念及熱激活理論，并結(jié)合合金元素對金屬的強化機制，引入Copley和Kear的強化模型，重構(gòu)了Zerilli-Armstrong本構(gòu)模型，通過對實驗曲線和擬合結(jié)果的比較，證實該模型較Johnson-Cook本構(gòu)模型有著更好的擬合效果。通過實驗曲線和模型所