基于能量法的泡沫铝Taylor杆动态特性研究

泡沫铝因具有密度低、耐高温、能量吸收高等优异的物理及力学性能而被广泛应用于航空、航天等领域。由于多孔材料的可压缩性,经典Taylor杆理论无法适用,该文在一定假设基础上,基于能量法分析Taylor冲击下多孔材料弹体的塑性变形特征,建立了Taylor冲击下多孔材料弹体的塑性变形分析模型,并通过泡沫铝Taylor冲击试验数据验证了模型的有效性。研究结果可以为多孔材料物理及力学性能结构参数的优化设计提供指导。

7050-T7351铝合金力学性能测试及本构模型研究

为分析7050-T7351铝合金的应力流动行为和塑性变形情况,对该铝合金进行了不同应变率和温度下的力学性能测试,通过测试结果标定了Johnson-Cook(JC)、Hartley-Srinivasan(HS)和Swift本构模型。利用ABAQUS有限元软件建立有限元模型进行仿真分析,根据计算结果对JC本构模型给予修正,最终得到Modified Johnson-Cook(MJC)本构模型。将JC的应变率和温度项乘子与HS和Swift模型耦合,然后进行Taylor杆撞击测试以及相应的有限元计算,验证三种本构模型的有效性。结果表明:JC模型高估了7050-T7351铝合金的应力流动行为,而MJC本构模型预测的结果与试验有很好的一致性,HS和Swift模型均能较好地反映该材料在准静态下的应力流动行为。此外,MJC模型可以很好地预测Taylor杆的塑性变形,而将JC的应变率和温度项乘子与HS和Swift模型耦合后的修正模型对Taylor杆变形情况的预测精度相对较差。

冲击压缩下石英玻璃柱的破坏实验研究和数值模拟

本文开展了一维应力冲击压缩下玻璃圆柱的压缩破坏实验研究.利用高速气枪装置发射石英玻璃圆柱试件垂直撞击刚性壁(Taylor撞击),采用超高速摄像机拍摄试件的冲击压缩破坏现象.实验中观测到一个产生于碰撞边界,向圆柱内部传播的移动破碎阵面,即失效波.在冲击压缩区内失效波的传播速度介于2~4 mm·μs^(-1)之间,随着冲击压缩载荷的增大而增大,随传播距离的增加而减小.经过一定时间,在试件的对向自由端区域,产生一个拉伸应力主导的碎裂区;与玻璃柱试件两端严重的破碎区域相比,试件中部产生一个相对透明区,其破碎程度较低.采用应力波分析方法说明了试件内部不同破碎特征区域的形成机理;采用离散元方法对实验过程进行数值模拟,取得了与实验现象一致的结果.

高碳钢盘条在冷拉拔过程中织构、泰勒因子和取向差的演变

利用电子背散射衍射技术对高碳钢盘条冷拉拔过程中的织构、泰勒因子和取向差演变进行了表征,根据泰勒因子的变化解释了织构的演变过程,讨论了演变机制,同时,也初步研究了取向差的相关联和非相关联分布。结果表明:随着拉拔应变量的增大,盘条中泰勒因子统计平均值大于3的晶粒所占比率逐步增加,说明在连续冷拉拔过程中,〈113〉丝织构向〈110〉丝织构发生了转变;珠光体团明显变形,导致小角度晶界数量显著增多;当应变量较小时,非相关联分布与Mackenzie分布一致;当应变量较大时,非相关联取向差分布图在20°和55°附近均出现峰值,反映出位错增殖和小角度晶界向大角度晶界发生了转变。

6061-T651铝合金动态力学性能及J-C本构模型的修正

为合理描述6061-T651铝合金的应力流动行为,利用万能材料试验机和霍普金森压杆,分别进行准静态、高温和高应变率下的材料力学性能测试,获得材料在不同条件下的应力应变曲线。基于试验结果,修正Johnson-Cook本构模型得到MJC(Modified Johnson-Cook)模型,并标定MJC模型各项参数。为校验MJC模型及参数的有效性,利用一级气炮发射直径为5.95 mm的圆柱弹体冲击刚性靶的Taylor杆试验以及直径为12.68 mm的刚性弹撞击厚度为2 mm靶板的试验。最后,采用ABAQUS/Explicit有限元软件建立Taylor杆和弹靶冲击试验的三维模型,基于MJC本构模型进行Taylor杆冲击、以及结合MMC(Modified Mohr-Coulomb)断裂准则进行弹靶冲击的数值模拟计算。研究结果表明,修正的MJC本构模型能够有效地描述6061-T651铝合金材料在大应变、高应变率和高温下材料的应力流动行为和变形行为。