高氮合金鋼的動態(tài)壓縮實驗及動態(tài)本構(gòu)關(guān)系.pdf

1、材料動態(tài)性能是當前力學性能研究領(lǐng)域中最為活躍的方向之一，研究材料的動態(tài)力學性能在力學研究中有其重要意義，對軍用和民用新材料的設(shè)計具有實際應(yīng)用意義和科學價值。 在合金鋼中，如果鐵素體中含有0.08％以上的氮元素或者奧氏體中含有0.4％以上的氮元素，則這種鋼就稱為高氮合金鋼(HNS)。鋼中的氮元素與其他元素(Mn、Cr、V、Nb、Ti等)交互作用，賦予了高氮鋼許多優(yōu)異的性能：如強度高、塑性和韌性好、蠕變抗力大、耐腐蝕性好等，高氮鋼的

2、這些性能使它成為穿甲彈和裝甲的理想材料之一。因此，對高氮鋼的動態(tài)性能和動態(tài)本構(gòu)關(guān)系研究將具有深遠的科學意義。 本論文采用實驗測試與理論分析、數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，對兩種工藝流程制備的高氮合金鋼材料進行動態(tài)壓縮實驗，獲得了它們的動態(tài)應(yīng)力。應(yīng)變關(guān)系，為研究其動態(tài)性能和動態(tài)本構(gòu)關(guān)系提供依據(jù)。 利用分離式Hopkinson壓桿(SHPB)實驗技術(shù)對兩種不同工藝流程——空冷和水冷高氮鋼材料進行動態(tài)壓縮實驗，得到大量精確的數(shù)據(jù)，

3、得出這兩種材料在不同應(yīng)變率情況下的應(yīng)力.應(yīng)變曲線和動態(tài)壓縮屈服強度。結(jié)果表明：兩種工藝流程的高氮鋼材料動態(tài)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系具有明顯的率相關(guān)性，而動態(tài)壓縮屈服強度應(yīng)變率效應(yīng)較弱，但應(yīng)變硬化的應(yīng)變率效應(yīng)明顯。 采用Johnson-Cook本構(gòu)模型來描述這兩種工藝制備的高氮鋼材料的動態(tài)力學行為，通過對實驗結(jié)果的擬合，確定了J-C本構(gòu)模型中的參數(shù)，得到的Johnson-Cook本構(gòu)關(guān)系曲線與動態(tài)壓縮實驗所得的應(yīng)力.應(yīng)變關(guān)系曲線比較吻合，擬

4、合過程在Origin7.0軟件上進行。 運用大型通用有限元程序ANSYS/LS-DANY對兩種材料的動態(tài)壓縮試驗進行有限元模擬，模擬過程中試件的J-C本構(gòu)模型參數(shù)采用實驗數(shù)據(jù)擬合所得，最后，得到了試件變形情況，并根據(jù)模擬數(shù)據(jù)應(yīng)用Hopkinson壓桿計算程序得出了應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果得到的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線與實驗曲線比較一致。 對比了高氮鋼材料和603裝甲鋼的彈道極限速度V50(穿透概率為50％時模擬破片或特定彈