5083铝合金宽应变率实验与基于损伤的本构模型研究

高宁 朱志武

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5083铝合金宽应变率实验与基于损伤的本构模型研究

    作者简介: 高宁(1989—),男,硕士研究生,主要从事铝合金动态本构研究.E-mail:947256459@qq.com;
    通讯作者: 朱志武, zzw4455@163.com
  • 基金项目: 国家自然科学基金 11172251
    四川省青年科技创新团队 2013TD0004

  • 中图分类号: O347.3

Experimental Study of Wide Strain Rates and Constitutive Model Based on Damage of 5083 Aluminum Alloy

    Corresponding author: Zhi-Wu ZHU, zzw4455@163.com
  • CLC number: O347.3

  • 摘要: 5083铝合金材料在工程领域应用广泛,会受到包括冲击和碰撞等多种不同情况的强动加载,亟需对其宽应变率加载下的力学性能及其本构模型开展研究。首先,对5083铝合金进行了系统的准静态实验及中、高应变率加载下的拉伸和压缩实验,得到了宽应变率加载下的应力-应变曲线。实验结果表明,该材料在同一实验条件下所得到的应力-应变曲线,其强化阶段的拉伸曲线总是低于压缩曲线,并从微观机制上对这一现象进行了合理解释。然后,通过引入损伤,考虑了损伤对该材料拉伸加载情况下的力学性能影响。基于连续介质力学及其实验结果,获得了损伤演化方程。最后,借助改进的Johnson-Cook (JC)本构模型,并基于已确定的损伤演化方程,得到了考虑损伤的5083铝合金本构模型。通过实验曲线与所得模型曲线的对比,吻合良好,表明该模拟具有很好的适用性,能够对该材料的工程应用提供有效的科学依据、分析模型和必要的参考。
  • 图 1  准静态及中、高应变率拉伸实验试样尺寸

    Figure 1.  Sample specifications in quasi-static, middle and high strain rate tensile tests

    图 2  不同应变率下5083铝合金的拉伸和压缩应力-应变曲线

    Figure 2.  Stress-strain curves of tensile and compression at different strain rates

    图 3  不同加载应变率时的拉伸和压缩应力-应变曲线

    Figure 3.  Stress-strain curves of tensile and compression at different strain rates

    图 4  拉伸应力与压缩应力的差值随应变的变化

    Figure 4.  Difference between the tensile stress and compressive stress varying with strain

    图 5  相同应变下拉伸与压缩的应力差值随应变的变化

    Figure 5.  Difference of tensile stress and compression stress varying with strain at the same strain

    图 6  不同应变率下损伤随应变的演化规律

    Figure 6.  Evolution law of damage varying with strain at different strain rates

    图 7  一定应变率下不同的拉伸和压缩应变对应的应力值

    Figure 7.  Stress value of the different tensile strain and compressive strain at certain strain rates

    图 8  准静态下拉伸和压缩理论曲线与实验曲线的对比

    Figure 8.  Comparison of theoretical curves with experimental curves of tension and compression in quasi-static state

    图 9  高应变率下拉伸和压缩理论曲线与实验曲线的对比

    Figure 9.  Comparison of theoretical curves with experimental curves of tension and compression at high strain rates

    图 10  其他应变率下拉伸和压缩理论曲线与实验曲线的对比

    Figure 10.  Comparison of theoretical curves and experimental curves of tension and compression at other strain rates

    表 1  5083铝合金化学成分

    Table 1.  Chemical composition of 5083 aluminum alloy

    (%)
    Mg Mn Si Zn Ti Cu Cr Fe
    4.0-4.9 0.40-1.00 ≤0.40 ≤0.25 ≤0.15 ≤0.10 0.05-0.25 0.0-0.4
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    表 2  压缩实验试样尺寸

    Table 2.  Sample specifications in compression tests

    $ \dot \varepsilon $/(s-1) d/(mm) h/(mm)
    0.000 2, 1 270-2 700 10 8
    0.001, 2 700-3 800 10 6
    0.01, 2 100-7 130 6 4
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    表 3  屈服应力随应变率的变化关系

    Table 3.  Variation of yield stress with strain rates

    $ \dot \varepsilon $/(s-1) σs/(MPa)
    0.000 2 152.21
    0.010 0 151.21
    1 150.54
    10 149.31
    100 166.11
    400 177.66
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    表 4  应变率敏感系数

    Table 4.  Strain rate sensitivity coefficient

    λ Sensitivity coefficient
    Tension Compression
    λ1 -3.698 61 -4.440 0
    λ2 8.660 89 5.809 4
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    表 5  5083铝合金的JC模型参数

    Table 5.  JC model parameters of 5083 aluminum alloy

    A n C1 C2 Dk e f p q εth
    149.3 0.626 6 -0.002 97 0.018 01 0.110 7 -0.004 75 0.149 4 6.824 6 -1.447 5 0.002 42
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-12-13
  • 录用日期:  2016-02-27
  • 刊出日期:  2017-02-25

5083铝合金宽应变率实验与基于损伤的本构模型研究

    作者简介:高宁(1989—),男,硕士研究生,主要从事铝合金动态本构研究.E-mail:947256459@qq.com
    通讯作者: 朱志武, zzw4455@163.com
  • 西南交通大学力学与工程学院,四川成都 610031
基金项目:  国家自然科学基金 11172251四川省青年科技创新团队 2013TD0004

摘要: 5083铝合金材料在工程领域应用广泛,会受到包括冲击和碰撞等多种不同情况的强动加载,亟需对其宽应变率加载下的力学性能及其本构模型开展研究。首先,对5083铝合金进行了系统的准静态实验及中、高应变率加载下的拉伸和压缩实验,得到了宽应变率加载下的应力-应变曲线。实验结果表明,该材料在同一实验条件下所得到的应力-应变曲线,其强化阶段的拉伸曲线总是低于压缩曲线,并从微观机制上对这一现象进行了合理解释。然后,通过引入损伤,考虑了损伤对该材料拉伸加载情况下的力学性能影响。基于连续介质力学及其实验结果,获得了损伤演化方程。最后,借助改进的Johnson-Cook (JC)本构模型,并基于已确定的损伤演化方程,得到了考虑损伤的5083铝合金本构模型。通过实验曲线与所得模型曲线的对比,吻合良好,表明该模拟具有很好的适用性,能够对该材料的工程应用提供有效的科学依据、分析模型和必要的参考。

English Abstract

    • 铝合金现已成为工业应用最广泛的一类有色金属,具有密度小、强度高、耐腐蚀、成型性好和成本低等特点,是航空航天、交通运输以及船舶制造等领域的首选材料。伴随着工业应用,常用于列车、飞行器与船舶外壳的5083铝合金需在复杂工作环境中受到冲击载荷的作用,因此需研究此种铝合金的冲击动态力学性能及其损伤演化规律。

      国外对5083铝合金的动态力学性能研究较早[1-2],国内已对5083铝合金的超塑性[3-4]、高温本构[5]和中低应变率的力学性能[6]进行了研究,对铝合金在宽应变率下特别是冲击拉伸、压缩本构关系的研究还较少。同时,损伤无论在准静态还是在高应变率下,都是随着材料流变过程而发展的,在材料本构关系的研究中无法忽略损伤对材料力学性能的影响。金属材料的损伤演化已有不少研究,Kachanov[7]提出用损伤因子来描述金属损伤。Lemaitre[8]、Chaboche[9]等根据弹性常数的改变来描述微观孔隙的宏观力学行为。Gurson等[10-11]从韧性断裂出发建立了一套描述孔洞影响的本构方程。Wu等[12]提出损伤的塑性势作为热力学势能,以此导出韧性损伤演化方程。但金属材料在冲击加载下的动态损伤理论研究还较少。此外,近些年铝合金在微观变形机制[13]和断裂机理[14]的研究,对于从微观角度出发来研究本构模型有着重要的指导意义。

      综上所述,尽管5083铝合金的本构模型和静态损伤理论已取得一定成果,但缺乏系统性的对宽应变率拉压两种状态加载下材料的力学性能研究,同时,缺乏适于铝合金材料的动态损伤规律。当铝合金材料受冲击加载或高速撞击时,不可避免会同时发生拉伸与压缩现象,尽管拉压两种状态下微观变形机制相同,但却因损伤的存在使宏观的力学行为有所差异[13]。鉴于此,本研究通过对准静态及中、高应变率加载下铝合金拉伸应力-应变曲线和压缩应力-应变曲线的分析,并结合目前微观上对5083铝合金的研究,得到铝合金的损伤演化方程并引入本构模型,统一铝合金拉伸和压缩的本构参数,研究结果将对铝合金损伤预测、仿真计算以及工程应用等方面带来极大的便捷。

    • 借助不同的实验设备,本研究进行了系统的准静态实验及中、高应变率加载下的拉伸和压缩实验,得到了宽应变率加载下的应力-应变曲线。实验材料为5083H111铝合金,主要元素为铝,其他微量元素的质量分数如表 1所示。

      (%)
      Mg Mn Si Zn Ti Cu Cr Fe
      4.0-4.9 0.40-1.00 ≤0.40 ≤0.25 ≤0.15 ≤0.10 0.05-0.25 0.0-0.4

      表 1  5083铝合金化学成分

      Table 1.  Chemical composition of 5083 aluminum alloy

    • 准静态实验设备为MTS-858微力拉扭试验机,中速率实验设备为Instron拉伸试验机,高应变率实验设备为分离式霍普金森拉杆。拉伸实验的应变率范围为0.000 2~1 095 s-1,试样经机械加工而成,拉伸实验为片状哑铃型试样。试件尺寸如图 1所示, 单位为mm。

      图  1  准静态及中、高应变率拉伸实验试样尺寸

      Figure 1.  Sample specifications in quasi-static, middle and high strain rate tensile tests

    • 准静态实验设备为CRIMS RPL100试验机,高应变率实验设备为分离式霍普金森压杆。压缩实验的应变率范围为0.000 2~6 009 s-1。准静态、冲击压缩实验均为圆柱形试样,尺寸如表 2所示, $ \dot \varepsilon $为应变率,d为直径,h为高度。

      $ \dot \varepsilon $/(s-1) d/(mm) h/(mm)
      0.000 2, 1 270-2 700 10 8
      0.001, 2 700-3 800 10 6
      0.01, 2 100-7 130 6 4

      表 2  压缩实验试样尺寸

      Table 2.  Sample specifications in compression tests

    • 由实验现象可知,准静态和高应变率加载下材料塑性变形过程中,试样长径比均为均匀变化,仅拉伸在断裂之前发生不太明显的颈缩现象。因此,可以用下面的公式转换为材料的真应力应变[15]

      拉伸:

      $ \left\{ \begin{array}{l} {\sigma _{\rm{t}}} = \left( {1 + \varepsilon } \right)\sigma \\ {\varepsilon _{\rm{t}}} = \ln \left( {1 + \varepsilon } \right) \end{array} \right. $

      压缩:

      $ \left\{ \begin{array}{l} {\sigma _{\rm{t}}} = \left( {1 - \varepsilon } \right)\sigma \\ {\varepsilon _{\rm{t}}} = - \ln \left( {1 - \varepsilon } \right) \end{array} \right. $

      式中:σ为工程应力,ε为工程应变,σt为真应力,εt为真应变。

      不同应变率下的拉伸和压缩实验结果如图 2所示,5083铝合金的弹性模量E=70.96 GPa,屈服应力在拉伸和压缩两种不同加载情况下基本相同,并且屈服应力随着应变率不同而有所变化。进入屈服阶段之后有着较明显的幂率形式的应变硬化规律,呈典型的fcc金属特征[16]

      图  2  不同应变率下5083铝合金的拉伸和压缩应力-应变曲线

      Figure 2.  Stress-strain curves of tensile and compression at different strain rates

      取材料在塑性应变为0.2%的应力为屈服应力,表 3为拉伸状态下的屈服应力随应变率的变化关系,$ \dot \varepsilon $为应变率,σs为屈服应力。同应变率下压缩状态下的屈服应力与拉伸屈服应力相同。当加载应变率低于10 s-1时,材料的屈服强度呈现出负应变率效应,之后随着应变率的升高,屈服强度呈现出正应变率效应。

      $ \dot \varepsilon $/(s-1) σs/(MPa)
      0.000 2 152.21
      0.010 0 151.21
      1 150.54
      10 149.31
      100 166.11
      400 177.66

      表 3  屈服应力随应变率的变化关系

      Table 3.  Variation of yield stress with strain rates

    • 根据金属的位错理论,铝合金拉伸和压缩的塑性变形机制相同,均为位错运动引起的特定结晶面的滑移和晶格的畸变,但是实验数据表明,在准静态和高应变率下的强化阶段拉伸实验曲线明显低于压缩实验曲线。位错理论显然无法解释图 3中拉伸与压缩曲线间的差异[13]

      图  3  不同加载应变率时的拉伸和压缩应力-应变曲线

      Figure 3.  Stress-strain curves of tensile and compression at different strain rates

      图 3可知,准静态下拉伸和压缩应力-应变曲线进入强化段之后,有小部分应力-应变曲线重合,即存在一定的损伤阈值εth,超过此阈值后,拉伸曲线出现低于压缩曲线的趋势。高应变率下由于实验数据震荡较大,因而掩盖了这一特征。对金属韧性断裂的研究表明,在拉伸状态材料进入塑性阶段时,位错运动引起的刃型位错等缺陷并不对宏观的力学行为产生很大影响,随着位错密度增加,合金元素的二相粒与基体脱开形成空洞,产生细观上的微裂纹和微空洞,造成材料的承载能力下降[17]。而在压缩状态下,应变在远远超过拉伸状态下的失效应变情况下仍然没有被破坏,材料内部是否发生损伤无法观测到。而且,即使材料内部发生了损伤,当材料处于压缩状态时,微裂纹和微空洞处于闭合状态仍有承载能力,因此可以将压缩状态简化为没有损伤。

    • 金属材料的损伤力学已有很多研究,但是动态损伤测试过程中,特别是霍普金森冲击实验和气炮平板撞击等短历时的实验,尚无办法直接测量试样内部损伤的演化。目前的损伤理论以及冲击动态本构理论[18]中,用来描述铝合金在较高应变率下的损伤演化规律和基于损伤的动态力学行为的模型,尚未见报道。

      本研究根据连续介质力学理论,定义损伤变量D为由于空隙的发展而使材料内部的有效承载面积减小。当试样没有损伤时,D=0;当试样完全断裂时,D=1,如

      $ {\sigma _{{\rm{t, T}}}} = \left( {1 - D} \right){\sigma _{{\rm{t, C}}}} $

      式中:D为损伤变量,σt, Tσt, C为相同应变率下的拉伸、压缩真应力。

    • 贺红亮[19]对高纯铝的回收试样进行分析后,得出材料的损伤与应变相关的演化规律如下。

      冲量较小的状态下

      $ D = {D_{\rm{k}}}{\varepsilon _{\rm{t}}} $

      冲量超过一定临界阈值时

      $ D = {D_{\rm{k}}}\varepsilon _{\rm{t}}^f $

      式中:Dkf为损伤随应变发展的两个参数。

      损伤随应变的演化关系可通过对相同应变率下拉伸与压缩曲线的应力差值确定

      $ {\sigma _{{\rm{t, D}}}} = {\sigma _{{\rm{t, C}}}} - {\sigma _{{\rm{t, T}}}} $

      式中:σt, D为损伤引起的应力差值。

      图 4可知,5083铝合金无论在准静态加载或者高应变率加载下,损伤的演化方式均可近似成幂率演化形式,因此,可将应变相关的部分写成

      图  4  拉伸应力与压缩应力的差值随应变的变化

      Figure 4.  Difference between the tensile stress and compressive stress varying with strain

      $ f({\varepsilon _{\rm{t}}}) = {D_{\rm{k}}}{({\varepsilon _{\rm{t}}} - {\varepsilon _{{\rm{th}}}})^f} $

      式中:εth为损伤阈值,即超过此塑性应变值之后才开始计损伤的开始。

    • 根据图 4所示,铝合金的损伤演化规律不仅与应变有关,也与应变率$\dot \varepsilon $有关,应力差值σt, D在相同应变下随应变率的升高而变小,可近似将应变率和应变的演化看成解耦的两部分,因此损伤演化方程写成

      $ D = f\left( {\dot \varepsilon } \right) \cdot f\left( \varepsilon \right) $

      图  5  相同应变下拉伸与压缩的应力差值随应变的变化

      Figure 5.  Difference of tensile stress and compression stress varying with strain at the same strain

      损伤与应变率对数有类似于应变率强化一样的线性关系,即

      $ f\left( {\dot \varepsilon } \right) = e\ln \left( {\frac{{\dot \varepsilon }}{{{{\dot \varepsilon }_0}}}} \right) $

      式中:e为损伤应变率强化系数,$\dot \varepsilon $为应变率,${\dot \varepsilon _0} $为参考应变率。

      为简化损伤演化形式,将$ f\left( {\dot \varepsilon } \right)$乘以自然对数为底的指数,材料的损伤演化规律可写成[20]

      $ D = {D_{\rm{k}}}{\left( {\frac{{\dot \varepsilon }}{{{{\dot \varepsilon }_0}}}} \right)^e}{({\varepsilon _{\rm{t}}} - {\varepsilon _{{\rm{th}}}})^f} $

    • 由5083铝合金的损伤演化方程即(10)式可知,铝合金有比较明显的“冲击脆化”现象,即随着应变率的提高,材料的损伤变量D随应变率$ {\dot \varepsilon }$的升高有所降低,如图 6所示。

      图  6  不同应变率下损伤随应变的演化规律

      Figure 6.  Evolution law of damage varying with strain at different strain rates

    • Johnson-Cook(JC)本构模型[21]分为应变硬化、应变率强化和温度软化3个部分,物理参数较少并且意义明确,在工程中有着广泛的应用。JC模型的表达式为

      $ \sigma = (A + B\varepsilon _{\rm{p}}^n)(1 + C\ln {{\dot \varepsilon }^*})(1 - {T^{*m}}) $

      式中:A为参考应变率下的屈服应力;B为硬化系数;n为硬化指数;εp为塑性应变;C为应变率敏感系数;$ {{\dot \varepsilon }^*}$为相对应变率,即$ {{\dot \varepsilon }^*} = \dot \varepsilon /{{\dot \varepsilon }_0}, {{\dot \varepsilon }_0}$为参考应变率;m为温度敏感系数;T*为相对温度,即T*=(T-Troom)/(Tmelt-Troom),T为实际温度,Troom为室温,Tmelt为熔点。

    • 铝合金的应力-应变曲线可分为符合胡克定律的弹性阶段和满足塑性强化规律[22]的塑性阶段两个部分,如(12)式所示。由图 7可知,铝合金的应变硬化和应变率强化两种效应为解耦状态,即拉伸或者压缩曲线在不同应变下的差值不随着应变率的升高而变化。由于5083铝合金在弹性阶段弹性模量E不变,仅屈服应力随应变率变化。因此,本工作仅研究塑性强化阶段,即塑性强化阶段可确定为

      图  7  一定应变率下不同的拉伸和压缩应变对应的应力值

      Figure 7.  Stress value of the different tensile strain and compressive strain at certain strain rates

      $ \sigma = A + B{\varepsilon ^n} $

      5083铝合金拉伸与压缩在塑性强化阶段均有一定的应变率效应,如图 7所示。

      图 7可以看出,当应变率小于10 s-1时,材料表现出负应变率效应,超过此应变率后,材料表现为正应变率效应。由于JC模型不能表达出铝合金应变率效应发生转变的现象,同时,实验均在室温下进行,不考虑温度效应,因此引入晏宁等[6]在宽应变率下对JC模型的修正。

      首先,引入(对数)应变率敏感系数λ来表征流动应力随应变率的变化趋势[23]

      $ \lambda = \frac{{{\rm{d}}\sigma }}{{{\rm{d}}\ln \dot \varepsilon }} $

      带入去掉温度项的JC模型,得

      $ \lambda = \frac{{{\rm{d}}\sigma }}{{{\rm{d}}\ln \dot \varepsilon }} = AC + BC\varepsilon _{\rm{p}}^n $

      εp=0时,

      $ \lambda = AC $

      为表征应变率转变的两个应变率敏感系数,将C1表示为负敏感系数,C2表示为正应变率敏感系数。

      $ C = \left\{ \begin{array}{l} {C_1} = {\lambda _1}/A\\ {C_2} = {\lambda _2}/A \end{array} \right. $

      由(3)式可构建基于损伤的5083铝合金本构模型。

      拉伸:

      $ {\sigma _{\rm{t}}} = \left( {1 - D} \right)[A\left( {1 + C\ln {{\dot \varepsilon }^*}} \right) + B\varepsilon _{\rm{p}}^n] $

      压缩:

      $ {\sigma _{\rm{t}}} = A\left( {1 + C\ln {{\dot \varepsilon }^*}} \right) + B\varepsilon _{\rm{p}}^n $

    • 通过(13)式可得λ1λ2的应变率敏感系数的值,如表 4所示,拉伸与压缩应变率敏感系数λ在数值上相近,可平均后统一。并由(16)式确定参数C

      λ Sensitivity coefficient
      Tension Compression
      λ1 -3.698 61 -4.440 0
      λ2 8.660 89 5.809 4

      表 4  应变率敏感系数

      Table 4.  Strain rate sensitivity coefficient

      利用处于10 s-1处的屈服应力为参数A,考虑到材料的幂指数形式的应变硬化趋势,对压缩状态下的应力-应变曲线求自然对数

      $ \ln ({\sigma _{{\rm{t, C}}}} - A) = n\ln {\varepsilon _{{\rm{t, C}}}} - \ln B $

      式中:εt, C为压缩真应变。

      由双对数曲线的截距和斜率[24]确定参数Bn,应变强化系数B也随应变线性变化[25],即B(ε)=p+,采用最小二乘法来确定参数pq

    • 对拉伸的应力-应变曲线取对数

      $ \begin{array}{l} \ln ({\sigma _{{\rm{t, T}}}} - A) = n\ln {\varepsilon _{{\rm{t, T}}}} - \ln B - \ln \\ (1 - {D_{\rm{k}}}) - e\ln \left( {\frac{{\dot \varepsilon }}{{{{\dot \varepsilon }_0}}}} \right) - f\ln ({\varepsilon _{{\rm{t, T}}}} - {\varepsilon _{{\rm{th}}}}) \end{array} $

      式中:εt, T为拉伸真应变。

      将同应变率下的压缩和拉伸双对数曲线做差值,即(18)式与(19)式相减,忽略应变率效应,得

      $ \ln \left( {\frac{{{\sigma _{{\rm{t, C}}}} - A}}{{{\sigma _{{\rm{t, T}}}} - A}}} \right) = \ln (1 - {D_{\rm{k}}}) + f\ln ({\varepsilon _{{\rm{t, T}}}} - {\varepsilon _{{\rm{th}}}}) $

      由此得到参数Dkf,再由不同应变率下损伤演化方程来确定参数e,所得到的具体参数值如表 5所示。

      A n C1 C2 Dk e f p q εth
      149.3 0.626 6 -0.002 97 0.018 01 0.110 7 -0.004 75 0.149 4 6.824 6 -1.447 5 0.002 42

      表 5  5083铝合金的JC模型参数

      Table 5.  JC model parameters of 5083 aluminum alloy

    • 根据所求得的模型参数,通过改进的JC模型计算出理论曲线,并与实验曲线进行对比。图 8图 9分别给出了准静态及高应变率下拉伸和压缩理论曲线与实验曲线的对比,图 10为其他不同应变率下的理论曲线与实验曲线的对比。

      图  8  准静态下拉伸和压缩理论曲线与实验曲线的对比

      Figure 8.  Comparison of theoretical curves with experimental curves of tension and compression in quasi-static state

      图  9  高应变率下拉伸和压缩理论曲线与实验曲线的对比

      Figure 9.  Comparison of theoretical curves with experimental curves of tension and compression at high strain rates

      图  10  其他应变率下拉伸和压缩理论曲线与实验曲线的对比

      Figure 10.  Comparison of theoretical curves and experimental curves of tension and compression at other strain rates

      通过对比可以得出,理论曲线与实验曲线在准静态下较吻合,高应变率下虽然实验设备本身的影响使实验曲线有较大振荡,但同样表达出了曲线的硬化趋势。在准静态下,实验曲线略高于理论拟合曲线,而在较高应变率下,实验曲线略低于理论拟合曲线,可能是由于不同应变率下铝合金发生位错运动时的阻力不同,而JC模型并无法表示微观变形机制上的差异导致。

    • (1) 系统分析了5083铝合金由准静态到冲击动态的拉伸和压缩应力-应变曲线,拉伸和压缩条件下屈服应力一致,并遵循相同的应变率强化规律,即5083铝合金应变率敏感系数λ与应变无关而与应变率相关,在较低应变率下呈现负应变率效应,较高应变率下转变为正应变率效应。

      (2) 从铝合金的微观变形机制出发,结合金属的损伤理论,通过对比5083铝合金不同应变率下的拉伸和压缩曲线,发现仅在塑性强化阶段拉伸应力-应变曲线明显低于压缩应力-应变曲线,这是由于拉伸条件下塑性应变引发材料的损伤造成的。并由此确定了铝合金损伤演化规律,得到了损伤的演化方程。损伤方程由应变率和应变两部分组成,由损伤变量D可知,铝合金损伤变量随应变率升高而降低,呈现“冲击脆化”的现象。

      (3) 将损伤演化方程引入到JC模型中,反映了该铝合金的拉压不对称性现象,模型所预测的准静态到高应变率加载下的应力-应变理论曲线与实验曲线吻合度较高,验证了本研究所得模型的正确性。

参考文献 (25)

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