基于Johnson-Cook黏塑性模型的沥青路面车辙计算

采用Johnson-Cook模型描述沥青混合料黏塑性本构关系,通过不同温度和不同应变率下单轴压缩试验确定沥青和改性沥青混合料的Johnson-Cook黏塑性模型参数,利用ANSYS瞬态动力学分析理论,分析了在设计年限内当量轴次和超载等不同条件下对沥青路面车辙变形的影响。结果表明:使用天然岩沥青改性沥青面层比基质沥青面层的抗车辙性能均提高20%,符合沥青路面车辙变形实际情况;基于Johnson-Cook黏塑性模型的车辙计算方法,为沥青路面车辙研究提供了一种新的思路和技术途径。

高应变率变形的Johnson-Cook动态本构模型参数识别方法

Johnson-Cook动态模型是非常重要的材料模型,被广泛应用于冲击动力学数值模拟.通过准静态单轴拉伸和单轴扭转试验获得应变硬化函数中的参数,给出Johnson-Cook模型中热软化参数和应变强化参数的确定方法.采用最优化算法识别材料参数,算法上,在参数空间采用迭代求解,寻找最优点使得实验数据与模型预测之间的偏差最小.讨论了考虑绝热温升影响的JC模型参数m的确定方法.

Johnson-Cook材料模型参数的实验测定

介绍一种通过Hopkinson拉伸实验、圆筒爆炸试验和计算机仿真来确定Johnson-Cook材料模型中相关常数的方法.

修正LIU估计下数据删除模型的强影响分析

在修正LIU估计下对单个数据删除模型进行研究,讨论数据删除模型估计量的性质,得到修正LIU估计β赞MLE(i)与LIU估计β赞LE间的关系,以及预测估计y赞i可由β赞MLE与yi线性表出等性质;同时,本文在前人的基础上推导得到CRi统计量和Cook统计量新的表达形式,并在实例中用Cook距离来识别强影响点,验证其合理性.

双相钢HC420/780DP动态力学性能及其本构模型研究

在应变率分别为0.001、0.100、1.000、10.000、100.000 s^(-1)和200.000 s^(-1)的条件下,测试了双相钢HC420/780DP的高速拉伸性能,研究了其在不同应变率下的动态力学行为,得到了不同应变率下的真应力‐真应变曲线,分析了其屈服强度、抗拉强度、流变应力以及断裂延伸率随应变率的变化规律。结果表明,随着应变率的升高,双相钢HC420/780DP的屈服强度、抗拉强度和流变应力均有所升高,断裂延伸率呈现先升高后降低的趋势。另外,基于Johnson‐Cook本构模型,建立并修正了双相钢HC420/780DP与动态应变率相关的塑性本构模型,并验证了修正后的模型。结果表明,通过修正得到的本构模型与试验曲线拟合效果较好。

考虑损伤效应的无铅焊锡材料的率相关本构模型

考虑冲击过程中无铅焊锡材料试件中的损伤影响,根据实验数据确定了损伤演化参数,对原模型进行了修正,给出了Sn3.0Ag0.5Cu和Sn3.5Ag两种无铅焊锡材料考虑损伤效应的率相关本构模型.结果表明,修正后的模型与实验结果吻合较好.

6061⁃T6铝合金材料的冲击压缩力学性能实验与数值模拟

为了探究6061‑T6铝合金的冲击力学性能和在防护结构上的应用前景,采用实验与数值模拟相结合的方法开展分析研究。根据多组准静态压缩及冲击压缩实验数据,对Johnson‑Cook本构模型的相应参数进行了拟合;再进行数值模拟分析,并把数值模拟的结果与实验结果对比分析。最终,得到了6061‑T6铝合金在常温下的屈服强度、峰值应力等力学参数;拟合出了6061‑T6铝合金J‑C模型的相应参数;研究表明6061‑T6铝合金是一种应变率敏感材料,其屈服强度、流动应力峰值随着应变率的提高而提高,同时材料对冲击荷载的能量吸收也越来越多;当应变率为1600 s^(-1)时,相对于准静态,其屈服强度和极限承载力分别提高了30%、78%;数值模拟结果与实验结果吻合较好,表明拟合的J‑C模型能够较好地表现出6061‑T6铝合金在高应变率下的应力流动行为。研究成果可为6061‑T6铝合金材料冲击动力学分析和在抗爆结构上的应用提供依据和参考,其在防护工程,防灾减灾工程领域上应用前景广阔。

落石冲击能量对山区桥梁损伤的影响

为研究落石对桥梁冲击破坏严重的问题,建立了HJC(Holmquist Johnson Cook)损伤本构模型,运用非线性显示动力分析软件LS-DYNA对典型的山区桥梁在落石冲击条件下进行碰撞分析.在此基础上,对落石冲击能量进行分级,并对外套钢板和增加素混凝土保护层两种防护措施进行了对比研究.研究结果表明,落石潜在危险能量为2 500 k J;当采用外套钢板措施时,侵彻率由原来的37.78%下降到13.89%,混凝土体积损伤减少30%;当采用素混凝土保护层措施时,侵彻率进一步下降到6.11%,混凝土体积损伤减少76%.

利用晶粒尺寸构建本构方程模拟AA1070铝的热变形行为

对原有Johnson−Cook本构模型中的项进行修正,提出一种新的现象学的、基于经验的本构模型。该模型可用于描述和预测具有不同初始晶粒尺寸的AA1070铝在热加工过程中的流变应力。该模型考虑热软化、应变速率硬化、应变硬化、初始晶粒尺寸及其相互影响,能够正确模拟具有不同应变、应变速率和初始晶粒尺寸AA1070铝的高温行为。通过压缩试验测试的AA1070铝的热流变行为,温度范围为623~773 K,应变速率为0.005~0.5 s−1,初始晶粒尺寸为50~450μm。结果表明,初始晶粒尺寸对AA1070铝的流变行为有显著影响。通过相关系数(R)、平均绝对相对误差(AARE)、相对误差评估模型的可预测性。结果表明,新模型预测的具有不同初始晶粒尺寸材料的流变应力与实验值完全一致,平均相对误差为1.19%,证实新修正的Johnson−Cook关系能准确估计考虑初始晶粒尺寸时AA1070铝的热流变应力。

材料应变率曲线在汽车碰撞模拟中的应用

金属材料在不同应变率下的真实应力应变曲线是汽车碰撞模拟的一个关键。通过拉伸试验的方法获得了某车架板材的Johnson-Cook本构方程,然后根据该方程计算得到了车架板材在不同应变率下的曲线图,将真实应力应变曲线应用于S形薄壁梁的碰撞模拟及某越野车的40%偏置碰撞模拟中。通过与实车碰撞试验对比,结果表明:笔者提出的应变率曲线的获取方法是可行的。最后笔者还针对原车碰撞安全性不足的问题提出了一些改进措施。

1215钢动态应力-应变行为

系统研究了1215钢的热变形行为,分析了应变、应变速度和温度对钢的流变应力的影响规律.通过热模拟实验,研究分析了不同的应变速率和应变温度条件下1215钢的应力-应变曲线.以实验数据为基础,以Johnson-Cook本构模型为依据,讨论了拟合分析Johnson-Cook方程参数的方法.通过实验数据的拟合分析,得到了表达1215钢流变应力随应变、应变速度和形变温度的数学方程,为研究1215钢的动态应力-应变行为提供了基础.研究工作表明,理论计算与实验数据得到了较好的吻合.

7150⁃T6铝合金动态特性实验及本构方程研究

为研究高温与高应变率对7150⁃T6铝合金动态力学性能的影响,利用分离式霍普金森压杆装置进行动态冲击试验,并对冲击后试样进行了SEM显微组织分析。结果表明:7150⁃T6铝合金在常温、高应变率下呈现局部热软化现象和较弱的应变率敏感性。材料的流动应力随着温度的升高而不断减小,尤其当温度高于200℃时,流动应力显著降低。在高应变率冲击下,应变率增大使绝热剪切带的形成更加明显,而高温下未发生明显绝热剪切现象。通过最小二乘法拟合出的Johnson⁃Cook本构方程能够有效预测不同加载条件下的流动应力,其预测结果与试验结果基本吻合。本研究可为7150⁃T6铝合金在汽车等运载器结构的轻量化与安全性设计提供指导。

20号钢的冲击拉伸力学性能试验研究

利用旋转盘式间接杆杆型冲击拉伸试验装置对20号钢进行了三个应变率的冲击拉伸试验研究,得到了材料在不同应变率下的应力应变曲线。结果表明,随着应变率的增加,材料的极限强度随之增大,具有明显的应变率强化效应。根据材料在不同应变率下的试验结果,拟合了Johnson-Cook模型中的材料常数,并修正了应变率强化系数C,确定了20号钢的Johnson-Cook本构关系。数据拟合结果与试验结果吻合良好。

Ti-6Al-4V绝热剪切带的厚度及应变率效应研究

通过引入与Batra及Kim类似的论点,将绝热剪切带宽度定义为绝热剪切带的中心区域的宽度(w5%),在该区域上温度比其峰值小5%,利用Johnson-Cook模型及梯度塑性理论分析Ti-6Al-4V绝热剪切带的厚度及应变率的影响。计算表明,在名义应变率的下限(800s-1)及上限(1400s-1)之间,当绝热剪切带的总厚度选取为0.3235及0.0705mm时,计算结果非常接近于绝热剪切带宽度的上限(55μm)及下限(12μm)。当应变率较低时,绝热剪切带较宽。随着应变率的增加,绝热剪切带宽度快速降低。在高应变率时,绝热剪切带宽度基本保持恒定。该理论结果与Dodd及Bai的理论结果有类似之处,与Weerasooriya及Beaulieu针对钨合金的实验结果非常一致,与Klepaczko及Rezaig的数值结果的前半部分相似。

某型铜材料动态力学性能的数值模拟研究

采用一种高效的应力更新算法，运用Fortran语言编写Johnson—Cook本构模型的Vuamt子程序，模拟材料在高速冲击工况下的动态力学性能，研究塑性大应变、高应变率以及温度软化作用对材料力学性能的影响。

钛合金动态本构关系的研究及应用

经典的Johnson-Cook本构模型不能很好地描述钛合金在高应变率下的力学性能。作者引入S型曲线定量描述β与ε·之间的关系,对经典Johnson-Cook本构模型进行了修正,并采用遗传算法快速确定本构关系中的各个待定参数。最后以Ti-6Al-4V合金为例,采用应力增量法作出不同应变率、不同温度下的真应力-真应变曲线。数值模拟结果与文献[7]中的实验数据吻合得很好,表明修正的Johnson-Cook模型能够很好地描述Ti-6Al-4V合金在任意应变率、任意温度下的力学行为,这对预测材料在高应变率和高温下的力学行为具有重要工程意义。

QCr0.8铜合金动态力学性能研究

通过准静态单向拉伸试验和霍普金森拉杆试验,对QCr0.8铜合金的动态力学性能进行了研究,得到了材料高速率下变形行为的Johnson-Cook材料模型,为开展QCr0.8铜合金产品电磁成形工艺研究打下基础。

Al−Mg−Si合金在低温下的流变行为和断裂

研究AA6061合金的拉伸和断裂行为,为该合金在低温范围内的拉伸和断裂行为提供定量数据。在298 K、173 K和77 K下对铝合金进行固溶处理,然后在应变速率为0.1~0.0001 s^(−1)条件下进行拉伸试验。结果表明,77 K时Portevin−Le Chatelier(PLC)效应和动态应变时效(DSA)被抑制。相反,298 K时,观察到PLC效应的特征,即明显的锯齿状流变。77 K固溶处理后样品的拉伸性能与173 K和298 K处理的样品拉伸性能相比,强度、伸长率、韧性模量、应变硬化指数和应变速率敏感性同时提高,这与低温下动态回复速率的降低有关。与之相对应,断口形貌结果显示,77 K处理的样品韧窝尺寸减小,而韧窝覆盖的面积增加。173 K和77 K处理的样品中DSA被抑制,其实验结果与Johnson−Cook模型模拟结果吻合较好。

玻璃钢-金属双层圆柱壳变形能计算分析

综合Johnson Cook本构方程和Wierzbicki叠缩模型,用角度增量叠缩法对受冲击载荷作用的玻璃钢-金属双层圆柱壳的变形能进行了计算分析。计算了在不同玻璃钢与金属厚度比和不同纤维辅设方向下的玻璃钢-金属双层圆柱壳的变形能,以及玻璃钢-金属双层圆柱壳的能量位移曲线与瞬时载荷位移曲线。结果表明玻璃钢与金属厚度比变化以及玻璃钢的纤维辅设方向对变形能有显著的影响。

5083铝合金宽应变率实验与基于损伤的本构模型研究

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。