拉伸变形应变速率敏感性指数的力学涵义及其规范测量

鉴于建立超塑性变形定量力学解析理论的重要性，从分析Backofen超塑性拉伸的本构方程出发，讨论了方程中的材料参数k和应变速率敏感性指数m的力学涵义。提出了恒应变ε、恒速度v和定载荷F三种典型变形路径条件下应变速率敏感性指数的规范测量公式。对每种变形路径又提出应变速率敏感性指数的传统测量方法和计算机模拟精确测量方法，并作了精度对比分析。给出了典型超塑Zn-5%A1合金在常态(18℃)和超塑状态(340℃)时三种变形路径下应变速率敏感性指数mε、mv和mF的实测结果。由于三者之间不但存在大的偏差，而且随ε的变化规律也各异。这就从试验上判明，即使在相同的应力状态下，应变速率敏感性指数也与变形路径密切相关。由此便向力学理论提出新的问题，要求从理论上解答偏差和变化规律不同的原因，进而揭示其力学本质。

超塑性拉伸变形应变速率敏感性指数的试验测量及其精细分析

从理论上导出不同典型变形路径下用试验参数F(变形载荷 )、v(十字头速度 )和l(试样标距长度 )表达的应变速率 ( ε)敏感性指数m的一组公式 ,并由此建立了在一组恒 ε试验、恒v试验和定F试验曲线上测量定长度应变速率敏感性指数ml、恒速度应变速率敏感性指数mv 和定载荷应变速率敏感性指数mF 的统一方法。在同一组恒 ε(恒v或定F)曲线上测得ml、mv 和mF,而且测得的ml、mv 和mF 是不相同的 ,这说明超塑性变形具有较强的结构敏感性。但是在不同组的恒 ε、恒v和定F试验曲线上用相同的测量公式测得的ml、mv 或mF 的值也各不相同 ,便是应分析的问题 ,于是又对m值的结构敏感性作了精细分析。

{102}拉伸孪晶对AZ31B镁合金动态力学行为及应变速率敏感性的影响

采用分离式Hopkinson压杆和反射式拉杆装置在室温对挤压态AZ31B镁合金进行了动态压缩和拉伸试验,分析了AZ31B镁合金沿挤压方向压缩和拉伸时的不对称性和应变速率敏感性。结果表明:沿挤压方向压缩时,拉伸孪晶{102}<1120>首先启动,屈服强度对应变速率不敏感;沿挤压方向拉伸时,拉伸孪晶不能启动,位错滑移参与变形,应变速率敏感性有所提高;由于拉伸孪晶只能单向启动,AZ31B镁合金在挤压方向的动态拉压不对称性显著。

超塑拉伸变形应变速率敏感性指数的力学解析

从拉伸变形的状态方程和力学基本理论出发，导出了塑性和超塑性拉伸变形ｍξ、ｍｖ 和ｍＦ（ｍξ、ｍｖ。和Ｆ分别为恒应变ξ、恒变形速度ｖ和恒载荷Ｆ的应变速率敏感性指数）的函数表达式，而且理论计算值与典型超塑性合金ＺｎＡ１５的试验数据吻合，这便从理论上解答了“拉伸变形应变速率敏感性指数的力学涵义及其规范测量”一文从试验上提出的问题，即：为什么ｍξ、ｍｖ和ｍＦ随应变速率ξ的变化规律互不相同，甚至出现了ｍＦ会大于１，ｍｖ会是负值的反常结果。对这些问题的理论解答便进一步揭示了ｍ值的力学本质。

一种铁基块体金属玻璃纳米压痕蠕变行为的加载速率敏感性(英文)

通过纳米压痕蠕变实验研究了加载速率对{[(Fe0.6Co0.4)0.75B0.2Si0.05]0.96Nb0.04}96Cr4块体金属玻璃室温蠕变变形的影响。结果表明,该铁基块体金属玻璃的蠕变变形随着加载速率的增加而增大。此外,根据经验幂率函数计算得到了材料室温蠕变应力指数,当加载速率从1mN/s增加到50mN/s时,应力指数从28.1逐渐下降到4.9,显示出显著的压痕加载速率敏感性。最后,基于自由体积理论和剪切转变区理论对该铁基块体金属玻璃的纳米压痕蠕变行为进行了探讨,并对实验结果和分析结果提供了半定量的解释。

工业纯钛中低温拉伸行为的温度与应变速率敏感性

结合拉伸实验数据和断口形貌分析发现,中低温下工业纯钛的拉伸应力-应变曲线随着温度的升高和应变速率的降低不断降低,拉伸行为存在温度软化与应变速率强化现象,并且拉伸行为的温度敏感性强于应变速率敏感性。基于工业纯钛强度参量随着温度和应变速率的变化规律得到了定量的工业纯钛强度参量与温度和应变速率的关系式。为了定量地描述工业纯钛中低温拉伸应力-应变曲线的温度与应变速率敏感性,对Arrhenius方程、Johnson Cook(JC)方程和Modified Zerilli-Armstrong(MZA)方程在工业纯钛中低温拉伸行为的应用进行比较发现,Arrhenius方程的预测精度最高,MZA方程次之,而JC方程的预测精度最低。

用试验参数表达的应变速率敏感性指数的理论公式及其测量

从理论上建立了一组恒应变速率、恒变形速度和恒变形载荷变形路径下的应变速率敏感性指数测量公式,并给出在对应的试验曲线上的测量方法.同时针对Zn质量分数5％Al合金在常态(18℃)下的试验结果进行了测量和比较,从而说明这种合金即使在常态(18℃)下也具有较强的结构敏感性.

天津地区软土的蠕变特性和速率敏感性

为了研究软土次固结和速率敏感性的内在联系,基于过应力式弹黏塑性本构模型,推导出一个理论关系式,定量地建立了次固结系数和率敏感参数的关系.对天津某地典型软黏土进行了一系列次固结试验和变速固结不排水三轴压缩试验,分析了次固结系数和率敏感参数,验证了所推导的理论关系式的适用性.

Sn-Bi二元合金应变速率敏感性的研究

基于合金的微观组织观察,考察了Sn-xBi(x=10,20,30,40,50和58)合金在拉伸载荷下的应变速率敏感行为。试验结果表明,Sn-xBi(x=10和20)合金的微观组织由β-Sn基体及分布于其上的Bi粒子组成,合金形变由晶界滑移控制,应力指数较大;Sn-xBi(x=30,40,50和58)合金微观组织以网状共晶组织为基体,其形变机制随着Bi含量的增大,转变为相界滑移,应力指数减小。当应变速率由0.0001 s^(-1)增大到0.1 s^(-1)时,Sn-20Bi的断裂模式由延性断裂转变为具有塑性形变的混合断裂。这一断裂模式的转变与合金在不同速率下的形变机制有关。

单晶铝的负应变速率敏感性

面心立方金属通常具有较弱的正应变速率敏感性,即流变应力随着应变速率的增加而增加。近年的研究表明,随着晶粒尺寸或单晶样品尺寸减小到微纳米尺度,其正应变速率敏感性显著增加。然而,通过位移速率控制条件下压缩测试,作者发现当单晶铝柱的直径<190 nm左右时,其呈现出反常的负应变率敏感性。分析表明,这一现象的产生是由于在较低应变率下,铝柱内产生的位错容易从表面逃逸,其后续塑性变形由位错表面形核机制主导,流变应力较高;而在较高应变率下,铝柱内产生的位错在从表面逃逸前已发生交互作用,其塑性变形由内部位错增殖机制主导,因而流变应力相对较低。上述发现丰富了人们关于几何尺寸降低对金属加载速率响应行为的认知。

一种铈(镧)基块体金属玻璃纳米压痕蠕变行为的加载速率敏感性

通过球形压头纳米压痕蠕变实验研究了加载速率对{(Ce0.2La0.8)0.78Ni0.22}75Al25块体金属玻璃室温蠕变变形的影响。结果表明:该Ce(La)基块体金属玻璃的蠕变变形量随着加载速率的增加而增大。此外,根据经验幂律函数计算出了材料室温蠕变应变速率敏感系数m,当加载速率从0.8 m N/s增大到80 m N/s时,m从0.028逐渐增长到0.079,显示出显著的压痕加载速率敏感性。研究表明,这是由于高加载速率条件下,压头周围材料内部多重剪切带被激活并扩展导致材料软化引起的。另外,这些m值都远小于1,表明材料在室温下的纳米压痕蠕变行为是非均匀的。

汽车薄板钢应变速率敏感性影响有新论

日前，德国学者研究了汽车薄板钢在碰撞条件下，应变速率、温度、应变和显微组织对其应变速率敏感性的影响。 该研究通过液力伺服动态拉伸实验阐述了各参数对汽车薄板用钢应变速率敏感指数m值的影响。研究主要结论如下：汽车碰撞实验中，在应变速率为10^-3s^-1～200s^-1、温度在233K～373K范围内，汽车薄板用钢的动态变形行为是一个热激活过程，流动应力随着应变速率的增加或者是温度的降低而增加。

拉伸变形和热处理对GH4169镍基高温合金应变速率敏感性的影响

通过对GH4169镍基高温合金轧制板材分别施加5%、15%、25%的拉伸变形以及变形后退火热处理,模拟W型金属密封环制造过程中的变形特征,并采用0.1、0.01、0.001 s^(-1)3种应变速率分别对拉伸变形及热处理后的GH4169镍基高温合金进行拉伸实验,结合微观组织表征及疲劳测试,研究了拉伸变形与热处理对GH4169镍基高温合金应变速率敏感性及疲劳响应等力学行为的影响规律。结果表明,在拉伸变形方面,材料在拉伸过程中会产生明显硬化现象,且变形量越大,卸载后再拉伸的屈服强度越高,硬化速率越小,应变速率敏感性越强;但拉伸变形对材料的弹性模量与极限强度的影响不大,且硬化速率与应变速率无关。在热处理方面,950℃的退火热处理会使15%拉伸变形试样的平均晶粒尺寸增大,织构强度增加,且伴有少量退火孪晶的产生;退火后试样的屈服强度降低,塑性和硬化速率均提高,但应变速率敏感性降低,其力学性能介于未变形状态和拉伸变形状态之间。在疲劳响应方面,退火热处理能够降低材料在疲劳载荷作用下的塑性应变累积,从而改善其疲劳性能,这种改善效果在疲劳循环前期更显著。

汽车覆盖件用6016铝合金板高应变速率敏感性试验研究

汽车碰撞（被动）安全性常用仿真分析方法来预测,高应变速率下材料性能参数的准确性关系到汽车碰撞仿真分析的精度。针对国内外的4种汽车覆盖件用6016铝合金板,进行了不同应变速率（5-500 s-1范围内）的高速拉伸试验,利用Johnson-Cook模型进行数据处理,系统研究了4种汽车覆盖件用6016铝合金板的力学性能（屈服强度、抗拉强度及断裂伸长率）和耐碰撞性能的应变速率敏感性。研究结果表明,4种6016铝合金板的屈服强度和抗拉强度具有较低的速率敏感性,其断裂伸长率和耐碰撞性能具有较高的速率敏感性。

应变速率敏感性指数的理论和测量规范

应变速率敏感性指数m是判定材料超塑性的重要力学指标,用拉伸实验测量m值的力学研究已有很多,对超塑性的进展也有很大贡献.首先从回顾已有拉伸实验测量m值的公式,并且把它们归类为定长度m值的ml,恒速度m值的mv和定载荷m值的mP三种典型变形路径下的应变速率敏感性指数.进而基于拉伸变形的本构方程和塑性力学的基本原理,建立了广义m值的约束方程.结合三种典型变形路径规范了m值的力学定义,并由本构方程定义的广义m值公式统一推导出ml,mv和mP的测量公式.提出结合典型变形路径用数值模拟测量m值的精确方法.测量结果表明,m值不仅不是常数,而且其变化规律与所处的变形路径有密切关系,用相同的测量公式测量不同变形路径下的m值,测得的结果相差悬殊,在同一变形路径下用不同的测量公式测得的结果也各异.对于m值的测量必须指明所处的变形路径,并且要用对应的测量公式才能测得正确结果.此外,还从理论和实验两方面都解答了为什么恒速变形路径下的mv值往往是负值,而定载荷变形路径下测得的mP值往往会大于1.对m值的深入分析和精确测量的探讨,旨在为超塑性宏观变形的力学规律与微观物理机理的衔接的研究提供条件.

超细晶工业纯钛的变形、应变速率敏感性和激活体积

在温度为250~450℃、应变速率为1×10-4~1s-1的条件下,对超细晶工业纯钛进行变速率压缩实验,计算超细晶工业纯钛的应变速率敏感性因子和激活体积,并研究超细晶工业纯钛的变形行为。结果表明:超细晶工业纯钛在稳态变形阶段存在流变软化效应,这是受变形过程中大角度晶界和位错活动所控制的。超细晶工业纯钛的应变速率敏感性因子和激活体积在数值上都相对较低,应变速率敏感性随着变形温度的升高而增加,但激活体积独立于变形温度。应变速率敏感性和激活体积的数值表明晶粒内部位错之间几乎无交互作用,而位错与晶界之间的交互作用显著影响超细晶工业纯钛的塑性变形。

含B2-CuZr相CuZr基块体金属玻璃复合材料应变速率敏感性的变化（英文）

通过应变速率跳跃模式下的单轴压缩试验,研究了含有不同体积分数B2-CuZr相的CuZr基块体金属玻璃复合材料的应变速率敏感性。结果发现,随着B2-CuZ r相体积分数的增加,在3.7×10-5 s^(-1)至3.7×10-3 s^(-1)的应变速率范围中,该复合材料的应变速率敏感指数可由负值变化为正值。但是,对于B2-CuZ r相体积分数高达约80%的复合材料,其应变速率敏感指数的正值仍然是反常的低。这一现象与B2-CuZ r相自身力学行为所呈现的有限应变速率依赖性有关,是由于变形过程中B2-CuZ r相的马氏体相变效应所致。研究结果显示,CuZr基块体金属玻璃复合材料的极限应变速率敏感性受制于B2-CuZr相。

锂离子电池用PET-Cu复合集流体拉伸性能研究

随着锂离子电池技术的不断发展,复合集流体因其具有显著提升电池能量密度和安全性高等优势而引起了产业界的广泛关注。而复合集流体的力学性能可靠性是保证其安全服役的前提,为此,本文针对商业用聚对苯二甲酸乙二醇酯-铜(PET-Cu)复合集流体的拉伸性能开展了系统性的研究。利用扫描电镜、激光共聚焦显微镜、X射线衍射等技术手段对复合集流体材料的表面形貌、微观结构及拉伸断裂行为进行了表征与分析。借助有限元模拟分析了不同几何形状试样在拉伸过程中的应力分布状态;通过数字图像相关技术辅助的拉伸实验研究了取样方向、应变速率及试样几何尺寸对PET-Cu复合集流体拉伸性能的影响规律,并对其应变测量进行了校正。结果表明,采用狗骨状试样并进行应变校正可以更准确地评估复合集流体的拉伸性能;PET-Cu复合集流体的拉伸性能表现出试样取样方向相关性和应变速率敏感性。此外,PET-Cu复合集流体的断裂伸长率表现出明显的试样几何尺寸效应,通过引入几何尺寸系数K可以对不同尺寸的试样拉伸性能进行合理的预测。本研究为聚合物复合集流体实际应用提供了理论依据与可靠性的论证,也为相关试验标准的建立提供了参考,有望推动高性能锂离子电池的开发。

应变速率对混凝土特性及工程结构地震响应的影响

对混凝土应变速率敏感性的研究现状及其工程应用进行了简要的评述。通过试验研究了混凝土在循环加载条件下以及双轴受力情况下的率性特性,并研究了温度、湿度等环境因素对率性特性的影响。在一致粘塑性模型概念的基础上建立了考虑应变速率影响的混凝土四参数弹塑性本构模型,研究了应变速率对地震作用下混凝土结构动力响应的影响。

TA15合金应变速率循环超塑性研究

采用应变速率循环法研究了TA15合金的超塑性。在变形温度分别为850、900、950℃,应变速率范围为1×10-5s-1～1×10-3s-1的试验条件下,讨论了工艺参数对流变应力、m值及其超塑性的影响。结果表明,TA15合金具有较好的超塑性,最佳变形温度为900℃,伸长率为412%。