基于Johnson-Cook模型的剪切闸板性能仿真

目前有关剪切闸板性能分析多集中于闸板应力分析及钻杆参数分析,而对连续管规格、剪切闸板刃口夹角对剪切力的影响研究还不够系统和深入。为此,以Johnson-Cook模型为基础,建立了剪切闸板剪切连续管有限元模型,对剪切连续管过程中的剪切应力进行了分析,同时分析了连续管壁厚、长度及剪切闸板V形夹角等参数对剪切应力的影响。研究结果表明:随着连续管壁厚的不断增加,剪切力峰值总体呈上升趋势,在塑性变形阶段之前剪切力平缓上升,塑性变形之后上升幅度较大;随着连续管长度的不断增加,其剪切应力在不断减小,3000 m以上连续管,剪切应力明显下降,主要原因是下端拉力在剪切作业中起到了主导作用;随着剪切闸板V形夹角的增加,剪切应力先减少后增加,V形夹角在158°时,上、下闸板应力最优。所得结论可为连续管剪切闸板的结构设计及连续管剪切性能分析提供参考。

基于Arrhenius模型和修正Johnson-Cook模型的TC21钛合金流动应力预测

使用Gleeble-3500热模拟试验机对TC21钛合金在温度为890~990℃、应变速率为0.01~10 s~(-1)下进行了热模拟压缩实验,研究了该合金的高温流变行为。在变形条件下,该合金的流变应力随应变的增大逐渐增加,在达到峰值后又逐渐减小。基于实验数据,分别采用Arrhenius模型和修正Johnson-Cook模型构建了TC21钛合金本构模型,并对这两个模型的预测精度进行了分析对比。结果表明,修正Johnson-Cook本构模型预测值的平均绝对相对误差e_(AARE)为7.2078%,相关系数r为0.96866;Arrhenius本构模型预测值的e_(AARE)为12.6699%,r为0.95794,修正Johnson-Cook本构模型的精度高于Arrhenius本构模型,且在整个参数范围内具有一定的精度,可以较好地描述TC21钛合金的高温流变行为。

高强2A12铝合金修正Johnson-Cook本构模型

为了研究2A12铝合金在不同应变率和不同温度下的塑性流动应力特征及其本构模型,首先对该铝合金开展了不同应变率(10^(-4)~10^(-1)s^(-1))和不同温度(300~400 K)下的准静态拉伸实验研究。然后,利用实验数据对经典Johnson-Cook(J-C)模型参数进行标定,并对模型加以验证。最后,基于经典J-C模型预测准确性不高的现象,建立了修正J-C本构模型,并利用450 K下的实验数据进行了模型验证。结果表明:2A12铝合金的应变率强化效应不显著,而温度软化效应较为显著。随着温度升高,准静态屈服强度显著下降,300 K下准静态屈服强度可达432 MPa,而400 K下准静态屈服强度为270 MPa。修正J-C本构模型预测与实验数据吻合更好,表明本文建立的修正J-C本构模型及参数能够更好地描述2A12铝合金在不同应变率和不同温度下的塑性流动应力特性。

B280VK高强钢的Johnson-Cook本构模型与失效参数确定

通过对B280VK高强钢进行动态和准静态拉伸试验获取了其相关力学性能,并基于Johnson-Cook本构模型反求出B280VK高强钢的本构模型参数。结果表明,Johnson-Cook本构模型拟合曲线与试验拉伸曲线具有较高的一致性,能够反映出B280VK高强钢材料拉伸应力及应变变化趋势,可用于预测B280VK高强钢的应力-应变关系。然后,利用不同缺口样件准静态和动态拉伸载荷工况下获得的失效应变和应力三轴度值,通过最小二乘法拟合获得Johnson-Cook失效模型参数。最后,通过对比仿真与试验结果发现仿真与试验的载荷-位移曲线具有较高的一致性,并且峰值载荷最大相对误差被控制在9.23%以内,验证了B280VK高强钢的Johnson-Cook失效模型的准确性。

超声振动辅助SUS304薄带塑性变形的Johnson-Cook本构模型

通过超声能场辅助SUS304薄带拉伸试验发现,薄带塑性变形过程中的流动应力明显下降,体现了超声的软化效应。硬化指数和硬化系数随着超声能量的增加呈指数增加,且伸长率也发生了明显的下降,说明超声能场的加入对材料产生了硬化作用。相较于常规拉伸,施加超声能场后薄带的应变速率也发生了明显的提升,说明超声提高了薄带的应变速率敏感性。基于Johnson-Cook本构模型,建立了超声能场作用下SUS304薄带塑性变形的本构模型,用于定量分析超声能场振幅对SUS304薄带塑性变形的影响。

15CrMoG耐高温合金钢Johnson-Cook本构模型建立与精度分析

目的掌握不同条件下15CrMoG的高温流变规律。方法在变形温度为1173.15、1273.15、1373.15、1473.15K,应变速率为5、10、15、20s^(-1)条件下,对15CrMoG进行等温压缩实验。根据实验数据构建15CrMoG的Johnson-Cook本构模型,并对应变速率强化参数C和温度敏感系数D进行分别修正和同时修正。将修正后的3种模型预测值与实验值进行线性拟合,分别得到各模型的相关系数。引入相对误差ARE函数,计算不同条件下各模型的平均误差,通过对比得到精度较高的模型。结果15CrMoG具有温度和应变速率敏感性,高温流变曲线整体呈现先上升后平稳的趋势。拟合取值的局限性导致未修正的本构模型的精度较差。在较低变形温度下,修正后的模型均具有良好的预测精度,在高变形温度下,修正温度敏感系数的模型具有更好的适应性。3种修正模型预测值与实验值的线性相关系数均在0.9以上,具有良好的相关性。在低变形温度下,3种模型的相对误差均较小;在高变形温度下,修正温度敏感系数的Johnson-Cook模型具有较高的预测精度,最大误差为4.75%。结论对Johnson-Cook进行修正可更准确地描述15CrMoG的高温变形行为,其中修正温度敏感系数模型的误差最小,为推荐本构模型。

基于修正Johnson-Cook本构模型的奥氏体不锈钢高温流变行为

文章研究了修正的Johnson-Cook(m-JC)本构模型对304奥氏体不锈钢高温流变行为的表征能力。利用不同温度、应变和应变速率等温热压缩试验的试验真应力-应变数据来计算本构模型的材料常数,建立了关于304奥氏体不锈钢的m-JC本构模型。通过比较预测结果的相关系数、平均相对误差以及均方差,评估了模型的适用性。结果表明,修正的JC模型预测结果和试验结果之间的平均相对误差绝对值为6.77%,相关系数为0.987,均方差为11.2 MPa,m-JC本构模型可以较为准确的描述304奥氏体不锈钢的流变行为。

一种调质50SiMnVB钢Johnson-Cook本构模型的建立

研究正火、正火+淬火+中/低温回火、调质处理的50SiMnVB钢的硬度及微观组织,发现50SiMnVB钢通过860℃×120 min(油冷)淬火+600℃×60 min(水冷)回火这种调质工艺处理后,具有较好的综合力学性能。利用电子万能材料试验机和SHPB实验装置对这种调质工艺处理后的50SiMnVB钢常温下的准静态和动态力学特性进行了测试,得出材料在不同应变率下的应力-应变曲线;采用参数识别法和最小二乘法建立了调制50SiMnVB钢较宽应变率下的Johnson-Cook本构模型,和实验结果吻合较好。

Johnson-Cook本构模型参数敏感度分析

Johnson-Cook(JC)本构模型在金属冲击爆炸数值模拟中应用广泛,为合理地确定JC本构模型参数,基于商业有限元软件LS-DYNA,分别建立了4340钢弹体贯穿6061-T651铝靶和T-200马钉钢侵彻7075-T651铝靶的有限元模型。在验证了模型参数正确性的基础上,分别以贯穿后的无量纲相对残余速度和侵彻后的无量纲相对侵彻深度作为指标,采用单一变量法,对JC模型的主要参数进行了敏感度分析。分析结果表明,屈服强度A敏感度最高,其次是应变硬化系数B和热软化指数m,应变率硬化系数C和应变硬化指数n敏感度最低。研究结果为金属冲击爆炸数值模拟中JC本构模型参数的选取提供了参考。

国产C30混凝土考虑率型微损伤演化的改进Johnson-Cook强度模型

采用Instron1342液压伺服试验机和改进的SHPB技术对国产C30混凝土进行了应变率在一定宽广范围的一维应力下力学性能试验,采用Johnson-Cook强度模型的框架,确定适用于大变形、高应变率及高压下混凝土数值计算的等效强度模型的率相关参数及其他材料常数。由对C30混凝土的大量试验表明,混凝土损伤演化是同时依赖于应变与应变率的率相关过程,提出适用于工程应用的率型损伤演化律来描述C30混凝土的损伤演化过程,并确定了损伤演化常数。由于材料参数小于1,对应于材料的冲击韧化的过程,与国产C30混凝土动态试验结果相吻合。

杆式EFP用钽钨合金JC失效模型参数

针对目前数值仿真不能有效预测钽钨合金药型罩聚能装药杆式爆炸成型弹丸(Explosive formed projectile,EFP)的爆炸成型和断裂问题,开展了钽钨合金材料在不同应力、应变率以及温度条件下的力学性能实验,通过实验数据拟合得到了材料的Johnson-Cook失效模型参数。基于LS-DYNA嵌入该套模型参数开展了典型球缺钽钨药型罩EFP的成型仿真,通过同结构聚能装药静爆脉冲X射线摄影实验对仿真形成的EFP形状和速度计算结果进行对比验证。结果表明:将实测Johnson-Cook失效模型参数应用于杆式EFP成型的数值仿真时,各项成型参数的计算结果(形状、速度等)与实验结果的相对误差均小于9%,实现了对杆式EFP成型及断裂的准确预测。

7A52铝合金Johnson-Cook本构模型的有限元模拟

为探究7A52铝合金的流动应力变化规律,在材料拉伸试验数据基础上,建立Johnson-Cook本构模型。利用有限元软件AQAQUS,模拟7A52铝合金在温度为25~400℃、应变率为0.1~10 000 s^(-1)的准静态和动态拉伸试验。结果表明:温度和应变率都会影响7A52铝合金的流动应力,但对温度的敏感性较大,对应变率敏感性较小;流动应力随着温度的升高而减小;流动应力随着应变率的增加而增大,尤其在应变率高于1 000 s^(-1)时影响更加明显。所建有限元模型结果与试验结果吻合较好,证明该Johnson-Cook本构模型能够在一定温度和应变率范围内预测7A52铝合金的流动应力。

基于修正JC模型的船用Q345B钢动态本构研究

为得到一种适用于船用钢动态本构模型的一般形式及其构造方法,对船用Q345B钢进行了静态拉伸及SHPB(Hopkinson压杆)试验,获得了应变率在0.0002~1680 s-1范围内材料的应力-应变曲线.基于实验数据特征及Johnson-Cook材料本构模型构造思想,提出了适用于Q345B钢动态本构模型的一般形式.采用Matlab编程,获得了Q345B钢的新动态本构模型方程及参数.结果表明:文中提出的本构模型方程与材料实验更加吻合,从低应变率到高应变率均具有良好适应性,且其构造方法也具有通用性.

基于Gurson-JC模型的铝合金6061T6和低碳钢Q235力学性能表征

文章对低碳钢Q235和铝合金6061T6试样在不同应力三轴度下进行拉伸试验,得到2种材料在不同工况下的力学性能。采用LS-OPT软件对Gurson模型相关参数进行优化,该优化方法既可以提高参数确定的效率,同时可以使Gurson模型在一定应力三轴度范围内适用。但Gurson模型不能准确预测在低应力三轴度下的失效,所以在低应力三轴度下引入Johnson-Cook模型的应变失效标准,以弥补剪切工况下的不足。通过比较Gurson模型和Johnson-Cook模型对2种材料在不同应力三轴度下的仿真结果,确定2种材料的Gurson-JC模型相关参数,以满足在较大范围内的应力三轴度下的仿真精准度。

激光冲击Johnson-Cook模型材料参数优化

采用Abaqus有限元软件,建立激光冲击718镍铬合金诱发的残余应力场非线性弹塑性有限元模型,实现激光冲击强化残余应力场的数值仿真.通过仿真分析及试验结果对照,说明以Johnson-Cook模型作为本构关系是可行的,激光冲击能形成残余压应力层,提高疲劳寿命,但由于应变率的差异,必须对JC模型材料参数进行优化,才能取得较精确的结果,并从激光功率密度对残余应力场的分析进一步加以验证.结果表明,提出的JC模型材料参数优化方法简单易行.

基于修正Johnson-Cook模型的C5191-H磷青铜高速冲裁本构关系

针对高速冲裁过程中材料的应变硬化、应变速率强化、热软化效应数据难以获取,无法建立物理仿真动态模型的问题,利用Gleeble-3500热模拟试验机和分离式Hopkinson拉杆装置对C5191-H磷青铜分别进行应变速率为1、500、1000和1500 s-1、温度为20~400℃的拉伸试验,利用试验数据拟合并修正了经典的Johnson-Cook动态方程,并在高速冲裁数值模拟中验证了修正后的本构方程的有效性。结果表明:C5191-H磷青铜拉伸变形时呈现出明显的应变硬化和应变速率敏感性;利用试验数据拟合并修正应变强化项的Johnson-Cook动态本构模型,此模型具有较高的大应变、高速率、热效应本构关系描述精度,并能较好地描述该材料的高速冲裁物理仿真过程。

无取向电工钢剪切仿真Johnson-Cook模型参数确定及剪切过程研究

为了建模仿真分析无取向电工钢剪切加工过程,首先使用万能试验机对4种35WW300无取向电工钢拉伸试样进行不同应力三轴度的拉伸实验,获得拉伸过程中的载荷-位移曲线和Johnson-Cook模型参数。其次,利用Abaqus有限元软件建立拉伸试样的准静态仿真模型,得到表面光滑、圆弧缺口、V形缺口和剪切等4种试样的应力三轴度大小分别为0.333、0.483、0.550和0.050,并根据拉伸实验数据结合仿真模拟结果进行数据拟合,得到无取向电工钢剪切模拟的Johnson-Cook本构方程和断裂准则模型参数,完成建模。最后,通过无取向电工钢在不同剪切间隙的横向剪切加工实验与数值模拟的特征带参数对比,验证了Johnson-Cook模型及拟合参数对模拟无取向电工钢塑性变形和剪切断裂过程的有效性,表明所建立模型用于仿真分析电工钢剪切过程可行有效。

铸态40CrNiMo合金钢Johnson-Cook本构模型及对比分析

以铸锻联合成形工艺为研究背景,采用金属模真空铸造方式获得了铸态40CrNiMo合金钢,利用Gleeble-3800热模拟试验机对其进行等温压缩实验,变形温度800~1100℃、应变速率0.001~10 s^(-1)。根据实验数据绘制铸态40CrNiMo合金钢的真实应力-应变曲线,发现在低变形温度或高应变速率变形条件下,真实应力-应变曲线呈典型的动态回复型,随着成形温度的升高或应变速率的降低,真实应力-应变曲线逐渐向动态再结晶型转变。构建了铸态40CrNiMo合金钢的Johnson-Cook本构模型,对应变速率敏感参数进行了修正,发现该模型在低变形温度、高应变速率的适用性较好。在适用条件下构建了铸态40CrNiMo合金钢的Johnson-Cook本构模型,并与Arrhenius本构模型进行对比分析。结果表明,整体上Johnson-Cook本构模型的预测精度高于Arrhenius本构模型的,但在变形温度900℃、应变速率10 s^(-1)的条件下,Arrhenius本构模型的预测精度略高于Johnson-Cook本构模型的。

原子运动对双光子JC模型能级分裂的影响(英文)

研究了双光子ＪＣ模型中原子运动对能级分裂的影响及其在原子辐射谱中的反映．结果发现，当原子具有确定的动量和光场处于Ｆｏｃｋ态时，每个原子能级具有两个值，原子辐射谱的谱线相应地分裂为两条．原子分裂能级的间隔主要依赖于原子和光子的动量的差值．

考虑宽应变率的修正Johnson-Cook模型及蜂窝板动态力学响应模拟

本文以Ludwik准则和Voce准则线性叠加的模型为应变硬化项、Cowper-Symonds模型为应变率项对Johnson-Cook模型进行修正,提出了一种能够反映宽应变率条件下金属材料力学行为的H/V-CS本构模型并对该模型的正确性进行了验证。此外,还基于H/V-CS模型结合有限元分析,研究了蒙皮厚度、芯层壁厚和芯层高度对蜂窝板吸能效果的影响。结果表明,本文所建H/V-CS模型可以准确地模拟金属材料在宽应变率条件下的动态力学响应;蜂窝板吸能速率随着蒙皮厚度、芯层厚度及高度的增加而增大,吸能稳定值则随着蒙皮厚度及芯层厚度的增加而减小并随芯层高度的增加而增大。