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。

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。

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。

基于修正Johnson-Cook模型的钛合金热黏塑性动态本构关系及有限元模拟

为了准确描述钛合金在高应变率、高温载荷下的热粘塑性本构行为,以及因材料内部出现绝热剪切带而导致材料流变应力减小的定量关系,构造功热转换系数β与应变率?(5)之间的函数关系,提出一种基于修正Johnson-Cook模型的钛合金热粘塑性动态本构关系,并通过以最小二乘法为目标函数的局部搜索优化算法,对基于实验数据的本构参数进行快速优化识别。最后利用应力补偿更新算法,通过显式用户子程序VUMAT将热黏塑性本构模型嵌入ABAQUS软件中,得到Ti-6Al-4V钛合金在不同应变率、温度条件下的单轴动态应力-应变曲线。数值模拟结果与实验数据吻合良好,表明该修正模型能准确描述钛合金高应变率下的热黏塑性变形,可适用于各种应变率下钛合金本构行为的描述。

基于梯度依赖的JOHNSON-COOK模型的韧性绝热剪切敏感性(英文)

以基于梯度塑性理论提出的绝热剪切带内部的局部塑性剪切变形分布的理论表达式为基础,研究10个参数对绝热剪切敏感性的影响。对LIAO及DUFFY给出的Ti-6Al-4V绝热剪切带内部的1条流线的实验结果进行最小二乘曲线拟合。估算绝热剪切带宽度取值不同时的临界塑性剪切应变。理论曲线很好地反映了绝热剪切带内部流线的非线性变形特征。利用不同的临界塑性剪切应变值反算了JOHNSON-COOK模型中的一些参数。研究发现,绝热剪切敏感性随着初始静态屈服应力、功热转化因子和应变率参数的降低而降低,这与密度、热容、环境温度及应变硬化指数的影响刚好相反。所提出的模型可以预测绝热剪切带的宽度由高至低的演变过程,直到达到一个稳定值,这一点DODD和BAI模型做不到。

基于Johnson-Cook模型的不锈钢管剪切数值模拟

剪切是乏燃料后处理工艺流程关键环节,因受强辐照制约,对该剪切工艺研究很少,剪切工艺参数需通过大量试验进行设计优化,成本高、周期长且无法掌握剪切机理。以乏燃料组件主要支承结构不锈钢管为研究对象,采用基于Johnson-Cook模型的有限元数值模拟方法来分析剪切过程。设计剪切试验验证上述模型的正确性,并研究剪切间隙、刀具角度、刀具棱边宽度等工艺参数对剪切的影响。结果表明:剪切试验与模型结果拟合性很好,证明了该模型的正确性;最大剪切力、断裂时剪切力随剪切间隙、棱边宽的增大而增大,随刀具角度增大而减小;剪切间隙对压紧段断口形貌影响较大,刀具角度和棱边宽对分离段开口高度影响较大。

基于Johnson-Cook模型的AZ80镁合金热变形行为

应用热模拟试验机在变形温度523~673 K和应变速率0.001~1 s^(-1)条件下对AZ80镁合金进行了等温热压缩实验。分别建立了原始和改进的Johnson-Cook(J-C)模型预测材料的高温流动行为,并在此基础上提出了优化的J-C模型。结果表明,AZ80镁合金的流动行为随温度和应变速率显著变化,原始的J-C模型不能很好地预测材料的高温软化行为;改进的J-C模型可以预测材料的流动软化行为,但无法反映材料在加工硬化-动态回复阶段的流动行为;而优化的J-C模型可以在全应变范围(0~0.7)内较好地预测各种变形条件下的流动应力。采用相关系数R和平均相对误差AARE评估了3种JC模型的预测精度,优化的J-C模型的R和AARE值分别为0.9829和5.60%,表明其可以更好地预测高温下AZ80镁合金的流动行为。

基于改进Johnson-Cook模型的Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金高温流变行为研究

以Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金为研究对象,分别在变形温度范围为250~400℃、应变速率范围为0.001~1 s-1的变形条件下,利用Gleeble-1500热模拟试验机,进行恒温等应变速率的热拉伸实验,研究该合金的高温流变行为。综合考虑温度、应变速率和应变在高温变形过程中的影响,建立了Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金改进的Johnson-Cook本构模型。实验结果表明:Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的流变应力与变形温度、应变速率和应变呈非线性关系,应变速率的升高和变形温度的降低均会导致合金的流变应力明显升高。改进Johnson-Cook本构模型的预测数据与实验数据的平均相对误差(Δ)为4.5%,相关度(R)为0.994,所建立的本构模型能够准确地描述Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的高温流变行为。

基于Johnson-Cook模型某航空16g座椅滑轨冲击动力学分析

座椅滑轨的动力学性能对座椅研制以及座椅装机认证是一个重要的参考因素。依据LY12CZ材料在三种不同应变率条件下的应力-应变试验数据,综合应用弹塑性理论和非线性动态有限元技术,识别出Johnson-Cook(J-C)材料本构模型参数,建立滑轨有限元计算模型。经计算分析,得出了滑轨及其与机体连接件的极限承载力及破坏模式,为后续结构设计和冲击试验提供参考。

超级奥氏体不锈钢热变形性质和Johnson-Cook模型

在Gleebe-3800热模拟机上对904L超级奥氏体不锈钢进行等温热压缩实验,实验温度为1 000℃~1 150℃,应变为0~0.8,应变速率为0.01s^(-1)~10s^(-1)。利用所得的应力应变值确定不同类型Johnson-Cook本构模型的材料参数。结果表明,3种模型中,最高相关系数为0.966,最低的平均相对误差为5.39%;对于实验值和预测值的吻合程度,低应变速率比高应变速率高。说明在应变速率较低时,本构模型能更有效的反映904L超级奥氏体不锈钢的高温动态流变应力;最佳的应力-应变关系是二次函数关系,变形温度、应变速率与流变行为关系是耦合关系。

7N01铝合金Johnson-Cook模型参数的反算方法

对动车组用7N01铝合金进行准静态单向拉伸试验,获取应力-应变曲线。采用曲线拟合和有限元仿真优化相结合的方法反算铝合金Johnson-Cook模型参数:通过曲线拟合方法确定模型初始参数,将其代入有限元模型,应用HyperStudy软件实现与有限元模型及求解器的数据传递与过程集成,采用遗传算法和自适应响应面法对材料参数进行优化,并将优化后的有限元仿真结果与拉伸试验结果进行对比。结果表明:利用遗传算法和自适应响应面法反算材料参数,优化收敛速度快,仿真数据与试验数据吻合度高,2种方法均可以用来进行参数反算的优化。

砂岩Holmquist-Johnson-Cook模型参数确定

HJC模型在混凝土动态破坏数值模拟中应用广泛,但由于模型中包含参数较多,确定参数需要大量实验,目前缺乏准确可信的岩石材料HJC模型参数。为合理确定砂岩HJC模型参数,对取自四川威远的粉砂岩进行相关静力学实验,获得岩石的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度以及抗拉强度等参数。应用三轴压缩实验和单轴SHPB冲击实验,分别得到了该砂岩极限面参数、率效应参数、压力参数和损伤模型参数的取值。基于上述模型参数利用有限元程序LS-DYNA对粉砂岩SHPB冲击实验进行数值模拟,结果表明,实验和模拟的应力-应变曲线形态吻合较好,模拟得到的动态峰值强度和峰值应变与实验结果的平均误差均未超过10%,验证了该HJC模型参数实验测定方法的合理性和有效性。

Q235B钢Johnson-Cook模型参数的确定

使用万能材料试验机、扭转试验机和霍普金森拉杆装置研究了Q235B钢在常温~950℃的准静态、动态力学性能,获得了Q235B强度与等效塑性应变,应变率和温度的关系以及延性与应力三轴度,应变率和温度的关系。基于实验结果,修改了Johnson-Cook（J-C）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,并结合数值仿真标定了相关模型参数。最后通过Taylor撞击试验验证了模型参数的有效性。

基于修正Johnson-Cook模型和再结晶模型的A356铝合金高温流变行为

为研究A356铝合金的高温流变行为和组织演变,构建能准确描述其高温流变行为的本构模型,在变形温度分别为450、475、500和525℃,应变速率分别为0.001、0.01、0.1、1.0和10 s^(-1)条件下对A356铝合金进行热压缩实验。结果表明,A356铝合金高温流变应力曲线表现出典型的动态回复和动态再结晶特征;随变形温度的升高和应变速率的增加,α-Al变形程度先增加后减弱。利用修正Johnson-Cook本构模型和再结晶模型建立了可以准确描述A356铝合金高温流变行为的分段模型,并引入相关系数R和平均相对误差AARE对模型的准确性进行了分析,验证了模型的可行性。

基于Johnson-Cook模型对金属粉末高速压制温升影响因素的研究

高速压制中粉末颗粒在微秒级的时间内发生大变形和微摩擦而产生大量的热,导致颗粒表面接触处温度急剧上升。为了研究颗粒间温升的影响因素,通过MSC.MARC软件对铝粉建立了离散密排球堆积简化模型,对金属粉末温升机理进行了研究。通过对比不同摩擦系数下压制速度对温升的影响,发现提高压制速度能提高颗粒间温升,其原因是摩擦力变大。对不同参数Johnson-Cook模型模拟发现,材料的屈服应力和应变硬化模量对高速压制过程的温升有较大的影响,其中屈服应力影响最大。对大部分金属粉末而言,在一定的压制速度和摩擦系数下,粉末压制和烧结的同步进行是可实现的。以铝粉为例,在摩擦系数0.3,压制速度80 m/s时,局部区域最高温度为678℃,达到熔点以上。

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。

基于改进Johnson-Cook模型的5083P-0铝合金动态本构关系研究

为研究5083P-0铝合金在高应变率下的力学行为及本构模型,通过RPL100材料试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB),对5083P-0铝合金进行了准静态及应变率范围950~3000 s-1的冲击动态压缩实验。结果显示随着应变率的增加,5083P-0铝合金的屈服强度、流动应力增加,应变硬化率减小,具有应变硬化效应,正应变率效应以及热软化效应。对其塑性变形原理进行分析发现,滑移系的作用导致材料发生较大的塑性变形,同时由于绝热温升的产生,材料表现出应变硬化与热软化机制相竞争的情况。在Johnson-Cook模型的基础上对应变率项进行改进,并引入绝热温升,改进的Johnson-Cook模型能够能较好地描述该材料的应变率效应并能准确地描述其流动应力。最后采用新的应变率进行补充实验,通过对比验证了模型的合理性。