基于Johnson-Cook本构模型的1060铝动态力学性能参数识别及验证

为了建立1060铝材料动态本构模型,利用万能材料试验机和霍普金森拉杆装置,对1060铝试件在25~300℃范围内的准静态力学性能和0.01~4 922 s^(-1)拉伸应变率范围内的动态拉伸力学性能进行试验,基于试验结果和J-C本构模型,拟合得到了材料的J-C本构模型,并结合1060铝薄板结构的冲击变形试验和数值仿真对J-C本构模型的准确性进行验证。结果表明:在拉伸载荷作用下,当应变率从准静态向高应变率转变时,1060铝表现出明显的应变硬化特征和应变率敏感性,真实应力随应变率的升高而增大,而材料在高应变率区则表现出较低的应变率敏感性;材料表现出显著的温度热软化效应,其塑性屈服强度随着温度升高而显著降低;利用建立的J-C本构模型对薄板结构的冲击变形进行仿真,仿真与试验结果偏差为2.01%~8.86%。可见,本文建立的J-C本构模型可以表征1060铝材料的动态力学行为。

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。

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。

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。

基于等温压缩试验的20Cr2Ni4A钢Johnson-Cook本构模型及热加工图

采用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度700~1000℃、应变速率0.001~1 s^-1条件下进行了20Cr2Ni4A钢的等温压缩试验。结果表明,20Cr2Ni4A钢的流动应力随变形温度的降低或应变速率的增加而增加,其在700℃变形条件下的真实应力-应变曲线的变化规律异于其它变形温度,真实应力达到峰值后,以软化机制为主,但并未出现先强化后软化的单峰型应力-应变曲线。构建了20Cr2Ni4A钢的Johnson-Cook本构模型,并对应变速率敏感系数进行了修正,修正后的本构模型的适用范围为变形温度700~1000℃、应变速率0.001~0.1 s^-1。通过对热加工图的分析,确定的20Cr2Ni4A钢合理的热加工参数范围为:变形温度925~1000℃、应变速率0.001~0.05 s^-1。本研究可为20Cr2Ni4A钢热加工工艺参数的选择提供理论依据。

Johnson-Cook本构模型参数估计研究

为研究BT3-1钛合金的力学性能,比较不同算法及试验条件下估计Johnson-Cook本构模型参数的差异,通过材料力学性能试验,获得真实应力−应变曲线,结合几种常见算法估计其本构模型参数,并分析了不同应变率及温度数据处理方式对估计的影响。结果表明:在准静态压缩试验中,BT3-1钛合金的弹性模量、流动应力对应变率敏感性不同;在SHPB试验中,该材料随温度软化效应明显,且伴随着一定的应变率强化现象。名义上某一应变率和温度下的霍普金森压杆试验,实际应变率在名义应变率附近波动,实际温度受到加载应变率及加载温度的共同影响;不同估计算法会造成运算时间、估计结果的差异,用SHPB试验数据估计参数时,若直接采用试验设定的应变率及温度数据,将会造成较大的估计偏差,应考虑加载过程中的温度变化。

基于修正Johnson-Cook本构模型的BFe10-1.6-1白铜合金高温流变行为

为了研究BFe10-1.6-1白铜合金的高温流变行为,采用Gleeble-3800热模拟试验机在变形温度分别为1023、1073、1123、1173、1123和1273 K,应变速率分别为0.001、0.01、0.1、1.0和10 s^(-1)的条件下对BFe10-1.6-1白铜合金进行了热压缩试验,建立了BFe10-1.6-1铜合金的Johnson-Cook本构模型。利用试验应力-应变数据建立了Johnson-Cook本构方程和修正Johnson-Cook本构方程。将所建立的方程预测的流变应力与试验数据进行了对比。引入相关系数R和平均绝对相对误差e_(AARE)验证了修正Johnson-Cook本构方程的准确性。R和e_(AARE)值分别为0.985和6.57%。结果表明,修正Johnson-Cook本构模型能够精确预测大多数变形条件下的流变应力。BFe10-1.6-1白铜合金的主要高温软化机制为动态回复。

ADC12铝硅合金Johnson-Cook本构模型的研究

针对某E型发动机缸体、缸盖材料-铝硅合金ADC12,通过对其进行常温下的霍普金森杆(SHPB)拉伸实验和不同温度下的准静态拉伸实验,得出ADC12铝合金材料在不同温度、不同应变率下的应力和应变关系,从而得出该材料在不同温度下的屈服强度和抗拉强度并对其数据进行拟合处理,对其Johnson-Cook本构模型进行解耦并得出其本构模型中的各参数值。最后,利用有限元分析,并对其进行数值仿真对比,验证了其本构关系的正确性。

基于Johnson-Cook本构模型的高强度装甲钢动态力学性能参数标定及验证

具有高屈服强度的某装甲钢广泛应用于我国装甲车辆。为准确模拟该装甲钢的动态力学行为,开展基于Johnson-Cook(J-C)本构模型的动态本构参数标定及验证。采用万能材料试验机对该装甲钢进行不同温度下的准静态拉伸试验,同时采用分离式霍普金森压杆开展不同应变率下的压缩性能测试。基于实验数据和J-C本构模型,拟合得到该装甲钢的本构参数。基于轻气炮开展泡沫铝弹丸冲击均质梁的实验研究,分别采用J-C本构模型和理想弹塑性模型进行有限元仿真计算,并将冲击实验与数值结果进行对比分析。结果表明:该装甲钢具有应变率强化效应,且温度软化效应显著;采用J-C本构模型仿真的均质梁峰值挠度与试验结果的相对误差为1.7%~6.1%,残余挠度相对误差为0.6%~7.6%。

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。

基于Johnson-Cook模型构建M50NiL齿轮钢的流变应力本构方程

利用Gleeble-3500型热模拟试验机，研究了M50NiL齿轮钢在变形温度为1123．15～1423．15K、应变速率为0．005~10s^-1条件下的变形行为，并对实测流变曲线进行了摩擦修正；基于应变速率和变形温度对金属高温变形的耦合效应，建立了基于Johnson-Cook（J—C）模型的耦合流变应力本构方程并进行了验证。结果表明：对试验钢流变曲线摩擦修正后，得到的流变应力比实测值小；经变形参数耦合修正后的J—C耦合本构方程计算得到的流变应力与摩擦修正后流变应力的平均相对误差为3．08％，其预测精度高于传统J—C本构方程（平均相对误差为14．31％）的。

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。

Ti-55531合金修正的Johnson-Cook本构模型的建立

对Ti-55531合金进行热压缩试验,分析该合金的高温流变行为并建立修正的Johnson-Cook本构模型,并用该模型进行了应力值预测。结果表明,该模型具有较高的预测精度。

基于J-C模型的Q235钢的动态本构关系

采用万能材料试验机、分离式霍普金森压杆和拉杆系统,研究了Q235钢在常温至900℃的准静态和动态压缩及拉伸力学性能。基于实验结果,修正了Johnson-Cook(J-C)本构模型中的温度软化项,提出了Q235钢的修正J-C本构模型,并利用Taylor撞击实验和数值仿真验证了其动态本构关系。

7075-T6铝合金动态力学试验及本构模型研究

分别采用电子万能试验机、高速液压伺服试验机和分离式霍普金森拉杆(SHTB)装置进行了7075-T6铝合金材料在室温下的准静态、中应变率和高应变率动态力学性能试验。获得了该材料不同应变率下的应力-应变曲线,结果显示:7075-T6铝合金具有明显的应变率强化效应;随着应变率的提高,试件断口处颈缩现象越发明显。拟合出了能够反映材料应变硬化效应、应变率强化效应的Johnson-Cook本构方程,对方程中的应变率强化项进行了修正,使拟合结果与试验结果吻合得更好。

7A04铝合金的本构关系和失效模型

使用万能材料试验机、扭转试验机和Taylor撞击实验研究了高强铝合金7A04在常温至250℃的准静态、动态本构关系和失效模型。基于实验结果,修改了Johnson-Cook强度模型中的应变强化项以及Johnson-Cook失效模型中的温度软化项,并结合数值模拟标定了模型参数。实验结果表明,7A04铝合金的应变和应变率强化效应不显著,失效应变随温度的增加、应力三轴度的减小和应变率的减小而增加。