5083鋁合金寬應變率下拉壓力學性能及其本構模型描述.pdf

1、隨著5083鋁合金在制造業(yè)中廣泛的應用，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性能。同時，材料的屈服應力、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)載荷下相關力學性能，對工程結構的設計和碰撞問題的數(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鋁合金材料進行準靜態(tài)

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

3、應。進入屈服階段之后有著較明顯的冪率形式的應變硬化規(guī)律，加工硬化率隨著應變率有所降低，呈典型的FCC金屬特征。
　　基于以上實驗結論，本文歸納總結了近年來各種可用于描述5083鋁合金沖擊實驗本構關系的模型，針對描述5083鋁合金的動態(tài)本構關系最常用的Johnson-Cook模型（JC模型）進行改進，由于該模型并沒有考慮到細觀層面的損傷機理，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)象在理論機理上進行了合理解釋，并引入本構方程。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。該研究能夠對該材料的工程應用提供有效的科學依據(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)驗半物理型的本構模型，缺點在于對加工硬化率隨應變和應變率增加或者減少的力學行為描述不足。因此，本文對多晶FCC材料在寬應

5、變率下的塑性流動行為進行了系統(tǒng)的分析，討論5083鋁合金在寬應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變率下的競爭結果。基于位錯動力學概念及熱激活理論，并結合合金元素對金屬的強化機制，引入Copley和Kear的強化模型，重構了Zerilli-Armstrong本構模型，通過對實驗曲線和擬合結果的比較，證實該模型較Johnson-Cook本構模型有著更好的擬合效果。通過實驗曲線和模型所