DH36钢拉伸塑性流动特性及本构关系

对DH36钢在温度从293~800 K、应变率为0.001和0.1 s-1的拉伸塑性流动特性进行实验研究，通过端口形貌图对变形前后的试样进行了微观分析，结果表明:(1)在实验温度范围内，0.001和0.1 s-1的应变率下，第三型应变时效现象出现，随应变率的增加，时效发生的温度区域移向更高温度；(2)第三型应变时效的发生与合金原子在晶界和晶粒中大量的第二相析出强化有关联；(3)建立包含第三型应变时效现象的统一本构模型，通过比较该模型能够较好的预测DH36的塑性拉伸流动应力。     

DH-36钢的塑性流动统一本构关系研究

通过对DH-36钢动态应变时效的规律和试验数据进行系统分析, 发展和建立了描写第3种动 态应变时效的本构模型. 然后基于热激活物理概念本构模型和塑性流动应力组合原理, 加入 对第3种动态应变时效的描述, 获得了统一本构模型. 该模型不仅可以描写第3种动态应变时效, 还可以 预测DH-36钢在温度77K~1000K, 应变 率0.001s^{-1}~3000s^{-1}范围内的塑性流动应力, 通过比较发现统一本构模型预测结果与试验结果吻合很好.     

Hopkinson压杆技术的推广应用

简要介绍了Hopkinson杆的几种工程应用,包括:(1)用同步组装系统进行高温、高应变率耦合作用下材料动态力学性能的测试;(2)在Hopkinson压杆技术中实现单脉冲加载及其在动态损伤力学中的应用;(3)用Hopkinson压杆加载三点弯曲试样测定材料的动态起裂韧性;(4)用Hopkinson压杆技术对加速度传感器在3 000~200 000g范围内进行g值校准。还介绍了这些应用的基本原理、测试方法及所取得的成果。     

超强钢18NiC250在不同加载速率下的断裂韧性

为了揭示国产超强钢18NiC250的强度、断裂韧性随加载速率的变化规律，利用电子万能试验机和Hopkinson压杆，测试其在0.001～2 000 s-1的塑性流动应力应变曲线及在10-1~106 MPam1/2/s的断裂韧性，同时对断裂破坏机理进行了微观分析。结果表明:该材料的强度对加载速率不敏感，即流动应力基本保持在1.9 GPa；而断裂韧性很敏感，当加载速率由10-1 MPam1/2/s增大到106 MPam1/2/s时，断裂韧性降低了38.2%，断裂模式由韧窝断裂转变为解理断裂。     

材料超高温动态拉伸SHTB实验方法的有效性分析

针对高温拉伸分离式Hopkinson杆实验技术，通过数值模拟、实验验证以及几种典型材料的高温动态拉伸性能测试相结合的方法，对此实验技术中存在的几个关键问题进行了深入研究。结果表明:对于平板状钩挂式拉伸试样，通过标距段尺寸优化后，应力分布均匀，流动应力曲线与螺纹拉伸试样一致，且应力上升段后没有剧烈跳动；通过精确气动控制，在加载脉冲到来同时，可实现有效的试样快速同步组装和加载；当试样温度为1 200 ℃时，在冷加载杆与高温试样接触以及应力波加载试样的整个过程中，试样平均温度下降约1.3%，而加载杆端温升低于180 ℃。为了验证此实验技术，对3D打印TC4、镍基单晶高温合金DD6进行了最高温度约1 200 ℃时的高温动态拉伸力学性能实验测试。     

动态拉伸试验中试样应变测试的有效性分析

为了评估将试样通过胶粘连接到加载杆的Hopkinson杆装置所获得试样应变的有效性，对四种强度刚度差异较大的纤维增强复合材料进行了动态拉伸试验。试验时，试样通过环氧胶和杆夹层粘接，试样的应变分别按照Hopkinson杆一维应力波理论计算和试样上应变计直接准确测量得到。结果证明：对小变形碳纤维复合材料，按一维应力波理论计算的应变与试样上直接所测应变值偏差超过100%；对较大变形的GFRP和KFRP层合板，两者偏差小于40%。说明采用Hopkinson杆一维应力波理论计算的试样应变不准确。为修正不准确性，一是通过大量数据分析建立按一维应力波理论计算值与直接测量应变之间的关系式，用此式可使此试验装置获得有效的试样应变；二是借助ABAQUS有限元模拟分析得出粘胶层以及试样过渡弧段的变形，用一维应力波理论计算的应变减去此变形，也可获得有效的试样应变。     

基于ANN-GA协同寻优的动态拉伸试样尺寸优化方法

材料动态拉伸力学性能测试中,动态拉伸试样的几何尺寸对测试结果的准确性与有效性有着较大影响。为对动态拉伸试样的结构进行优化设计,以使其在动态拉伸过程中更好地满足一维应力与变形均匀等基本假设。首先,建立了量化的试样测量准确度指标,即应力平衡达到时间、变形均匀度、非轴向应力相对水平、过渡段相对变形。然后,对试样结构参数进行正交试验设计,通过数值模拟的方法得到了关于试样尺寸与测量准确度指标的正交试验数据库,并对正交试验数据库进行多目标正交试验矩阵分析,得到了试样结构参数对各测量准确度指标影响的主次顺序和规律。最后,以正交试验数据库为训练集,采用人工神经网络（artificial neural network, ANN）协同遗传算法（genetic algorithm, GA）的全局寻优方法对试样的结构尺寸进行优化设计,得到了试样的最优结构尺寸,并对最优尺寸的有效性进行了验证。结果表明,优化后的试样结构在材料动态拉伸力学性能测试精度上的表现明显得以提升。因此,采用ANN-GA协同优化的方法对动态拉伸试样的结构进行优化具有可行性和有效性。     

高温合金GH4133B动态本构模型与失效模型研究

根据典型航空发动机机匣常用高温合金GH4133B在不同温度(298~1 073 K)、不同应变率(10~(-1)~5×10~3s~(-1))下的力学性能试验结果,结合机匣包容性分析用的J-C(Johnson-Cook)本构模型在实际应用中本身存在的不足,提出了一种更为准确地描述GH4133B合金力学行为的修正J-C本构模型(modified J-C model,MJC model),同时结合GH4133B在不同温度、不同应力三轴度的破坏行为,建立了基于J-C时效判据的一个经验型的失效模型.通过模型预测结果与试验结果对比,发现所建立的本构模型和失效模型能很好地预测GH4133B塑性流动应力及破坏行为.     

Hopkinson曲杆型双向拉伸加载设计探讨

为了实现对材料或结构的双向高应变率同步拉伸加载,基于曲杆中弹性应力波传播理论和Hopkinson杆原理,首先在对称的人字形曲杆结构中同时产生和传递两路压缩波,再经过接触转接头反射形成沿拉伸加载杆传播的双向拉伸波,实现对试样的双向动态拉伸。同时,为理解人字形曲杆几何构形对弹性压缩波传播的影响规律,对该加载装置进行了动力学分析和ABAQUS有限元模拟。研究发现,理想方波构形的压缩弹性波经过曲杆传播后,方波的平台段随着杆弯曲角度的增大出现前高后低的倾斜现象,同时大曲率杆引起的波形失真更严重。为获取常规方波或梯形波的平台段,也可采用定量优化的锥形撞击杆,产生前低后高的加载波,来抵消曲杆传递中的倾斜失真。最后,为了验证该加载系统的有效性,搭建了小型人字形曲杆高应变率双向拉伸装置进行试验测试。结果表明,该装置实现了脉宽约为54 μs的双向拉伸加载波良好的同步,两路波形起始点时间差可以控制在约2.5 μs以内,幅值差约6×10?6。同时对2024铝合金试样进行了双向拉伸试验,取得良好的试验效果。