Shear localization behavior in hat-shaped specimen of near-αTi−6Al−2Zr−1Mo−1V titanium alloy loaded at high strain rate

The microstructure characteristics in early stage shear localization of near-αTi−6Al−2Zr−1Mo−1V titanium alloy were investigated by split Hopkinson pressure bar(SHPB)tests using hat-shaped specimens.The microstructural evolution and deformation mechanisms of hat-shaped specimens were revealed by electron backscattered diffraction(EBSD)method.It is found that the nucleation and expansion of adiabatic shear band(ASB)are affected by both geometric and structural factors.The increase of dislocation density,structure fragment and temperature rise in the deformation-affected regions provide basic microstructural conditions.In addition to the dislocation slips,the extension twins detected in shear region also play a critical role in microstructural fragmentation due to twin-boundaries effect.Interestingly,the sandwich structure imposes a crucial influence on ASB,which finally becomes a mature wide ASB in the dynamic deformation.However,due to much larger width,the sandwich structure in the middle of shear region is also possible to serve as favorable nucleation sites for crack initiation.

再结晶组织对TA2纯钛绝热剪切行为的影响

使用二辊轧机对TA2工业纯钛进行多道次大应变冷轧处理,制备了冷轧总变形量为70%的TA2纯钛板。通过对冷轧TA2纯钛板进行500℃加热、不同保温时间的退火处理,获得了具有不同再结晶组织的钛板。基于帽形试样和限位环变形控制技术,在分离式霍普金森压杆装置上对不同再结晶组织的试样进行动态冲击冻结实验,结合光学显微镜和扫描电子显微镜表征试样冲击前后微观组织的变化,研究了再结晶组织对TA2纯钛绝热剪切行为的影响。结果表明,随着退火保温时间的延长,试样再结晶晶粒占比逐渐增大,晶粒分布由分散向局部聚集转变;在相同应变和应变率下,在所有试样中都观察到了绝热剪切带,再结晶晶粒占比高的试样更易诱发绝热剪切带中裂纹形核扩展。对比变形前后试样再结晶组织和几何必需位错变化,结合剪切区整体温升分析发现,再结晶晶粒作为材料软化点能够诱发剪切带的形成,而剪切带发展后期产生的绝热温升会促进剪切带内材料发生二次再结晶,提高剪切带内材料的韧性,延缓剪切裂纹的形成。

921A钢纯剪切帽状试件绝热剪切变形的数值模拟

结合相关实验,通过一系列基于921A钢纯剪切帽状试件的SHPB数值模拟,研究试件的绝热剪切行为,分析试件内绝热剪切带(ASB)的产生、发展以及相应的试件温度场分布。研究发现:ASB是通过剪切区两端高温高应变的不稳定区域的扩展而形成;ASB的扩展速率与加载速率相关;在本文加载速率范围内,ASB带宽无明显变化,均为约70μm,基本与所设计的试件剪切区宽度一致;且对应所有加载速率,ASB均为形变带。

铝合金在三种应力状态下的力学性能研究及断口分析

通过对铝合金(6063)进行平板拉伸试验、带缺口的平板拉伸试验及纯剪切试验,研究了铝合金在三种应力下的力学性能.宏观试验结果发现:平板拉伸时的断裂应变大于带缺口拉伸时的断裂应变,而平板拉伸时的屈服应力及峰值应力小于带缺口拉伸时的屈服应力和峰值应力,剪切时材料的断裂剪应变远远大于平板拉伸时的断裂应变.三种应力状态下试样的断口也明显不同:缺口试样根部明显发生了颈缩现象,而且断面上存在着大量的韧窝;平板拉伸几乎没有发生颈缩现象,断面上的韧窝和剪切唇各占一定的比例;纯剪切试样断口上几乎以剪切唇为主.

高应变率下工业纯钛TA2变形与失效研究

利用Hopkinson杆,采用动态压缩实验研究帽形样品的工业纯钛在高应变率(10~3 s^(-1))下的变形与失效机制。从时间-剪应力曲线分析材料的剪切变化规律。结果表明:轧制变形后的试样,它的绝热剪切敏感性明显变强;而在轧制变形量相同的情况下,从材料厚度方向上取的试样,其绝热剪切敏感性比其它方向强。通过光学显微镜、扫描电镜和透射电镜分析其显微组织的变化规律。结果表明:试样的受剪部位均可观察到明显的绝热剪切带。绝热剪切带是材料宏观失效的先兆,带内晶粒细小,为等轴晶,发生了再结晶,带中的微裂纹、微空洞的形成最终导致材料失效。

921A钢纯剪切帽状试件在SHPB实验中的动态变形

应用ANSYS/LS-DYNA软件,开展了一系列基于921A钢纯剪切帽状试件的SHPB数值模拟。结合SHPB系统应力波理论,研究不同加载速率v0(或应力脉冲σI(t))下,特别是高应变率(约106s-1)下的压杆轴向应变波形以及相应的试件动态变形特性,并对高速撞击下压杆中应变波形的适用性作了相关讨论。

纯剪切应变状态下天然橡胶元件的疲劳损伤特性

应用有限元分析与计算技术研究了橡胶元件实现纯剪切状态的设计要求,并计算了其5种疲劳损伤评价参数;通过加载扭转角位移实测了环形橡胶剪切试件的纯剪切疲劳损伤寿命,观察了该试件的疲劳失效位置和裂纹扩展方向;建立了疲劳损伤评价参数与纯剪切疲劳损伤寿命的幂函数模型。结果表明,环形橡胶剪切试件的内径与其厚度及高度的比值均约为10时,承载后可近似实现纯剪切应变状态;以转矩下降率25%为失效标准时,填充炭黑天然橡胶试件的纯剪切疲劳损伤寿命与其角位移、对数主应变、应变能密度、柯西主应力及剪切应变均存在较强的幂函数关系;环形橡胶剪切试件的裂纹扩展方向与其轴线方向成约45°角,且裂纹的产生位置为试件的应变集中区域。

T2纯铜平板剪切试样的大变形破坏试验研究

用纯铜平板剪切试样进行破坏试验,对试样的断口倾角、韧带截面和断裂截面的应力三轴度、Lode参数进行了计算分析,并通过实测给出破坏区域的断裂应变估计,从而给出平板剪切试样剪切断裂应变与光滑试样拉伸断裂应变的比较,两者近似相等。该结果证实Rice-Tracey指数函数公式与实测断裂应变规律不符,从而说明Rice-Tracey指数函数公式在应用过程中存在局限性。

TA2纯钛帽型试样显微组织对绝热剪切演化过程的影响

以70%轧制变形量和70%轧制变形量500℃/120 min退火处理后的TA2纯钛板为试验材料,基于帽型试样和限位环变形控制技术,在分离式霍普金森压杆装置上对试样进行动态冲击“冻结”试验,研究轧制组织和再结晶组织对绝热剪切变形过程的影响。结果表明:随剪切应变增加,轧制组织的帽型试样先在剪切区两端形成裂纹,降低了试样的承载力,随后试样发生变形局部化。再结晶组织的帽型试样由于存在作为软组织的再结晶晶粒,使试样先在剪切区两端发生变形局部化,后诱发剪切区内的变形局部化。明显的绝热温升效应出现在剪切带发展后期,促进了剪切带内形成二次再结晶。绝热温升可能不是剪切带形成的主要因素,相反剪切带的形成使试样发生应变高度局部化导致温升。