钛合金在低温下的高速变形特性和绝热剪切

采用SHPB技术在室温和低温下,对相钛合金TB-2的高速变形特性和绝热剪切进行了宏观和微观研究。结果表明,TB-2是一个对应变率和温度敏感的材料,其热粘塑性本构特性可表为 =(0+E1（1+gln/0）（1-（T-Tn） /Tn）显微观察表明,TB2在低温下比在常温下对绝热剪切更敏感。低温下绝热剪切带的形态和结构也和常温下有所不同。把文献[9]所建议的绝热剪切的热粘塑性失稳准则,应用到不同的环境温度下,本文建议了一个既依赖于应变和应变率,又依赖于环境温度的三变量准则。理论预示和试验结果符合较好。     

钛合金在低温下的高速变形特性和绝热剪切

采用SHPB技术在室温和低温下,对β相钛合金TB-2的高速变形特性和绝热剪切进行了宏观和微观研究。结果表明,TB-2是一个对应变率和温度敏感的材料,其热粘塑性本构特性可表为 α=(σ_0+E_(1ε)(1+glnε/ε_0)(1-α(T-T_n) /T_n)显微观察表明,TB—2在低温下比在常温下对绝热剪切更敏感。低温下绝热剪切带的形态和结构也和常温下有所不同。把文献[9]所建议的绝热剪切的热粘塑性失稳准则,应用到不同的环境温度下,本文建议了一个既依赖于应变和应变率,又依赖于环境温度的三变量准则。理论预示和试验结果符合较好。     

损伤引起的反向应变率效应及其对本构关系和热粘塑性失稳的影响

对于材料在高应变率下的应变率无关和应变率负敏感现象,本文根据铸镁合金的宏观与微观相结合的试验结果,提出了一个基于损伤弱化的反向应变率效应机制,并建议了一个计及这一反向效应的热粘塑性本构方程。由此可以解释材料的表观应变率强化、表观应变率无关和表观应变率弱化三类基本情况。相应地,随损伤引起的反向应变率效应的增强,热粘塑性失稳也有三种基本情况:或在更高应变率或更大应变下发生绝热剪切,或由临界准则转化为临界应变准则,以及或在高应变率下不会发生绝热剪切。     

红外热成像技术测量绝热剪切带温度的综述

绝热剪切是材料在高应变率载荷作用下的热粘塑性本构失稳现象,与材料失效有着密切的关系。采用红外热成像技术测量绝热剪切带内的温度变化,将有助于研究金属材料在高应变率下的力学性能及变形机理。简述了红外热成像技术及其系统组成;着重介绍了近年来采用红外热成像技术测量绝热剪切带温度的研究现状;讨论了采用红外热成像技术测量温度变化的应用需求及系统的设计要求。     

长杆弹对钛合金靶的冲塞实验研究

对长杆钢弹撞击钛合金靶的绝热剪切冲塞进行了实验研究。观测了初始弹速、弹长和靶厚对于绝热剪切冲塞、靶板塑性弯曲动态响应、弹头局部塑性变形和穿靶后弹体（塞子）剩余速度等的影响。将实验结果与基干热粘塑性双参量失稳理论的绝热剪切冲塞过程的二维数值模拟预示结果进行了比较，两者令人满意地符合，表明在绝热剪切冲塞过程研究中考虑应变率和应变相关的绝热剪切破坏准则以及弹靶耦合效应的重要性。     

聊聊动态塑性和黏塑性

固体力学研究者致力于具有应力-应变本构关系（以下简称为形变型本构关系）的变形体的力学响应研究,而流体力学研究者致力于具有应力-应变率本构关系（以下简称为流动型本构关系）的流动体的力学响应研究。当涉及结构和材料的动态塑性时,到底应该用“塑性变形”还是“塑性流动”来表示？本文从宏观塑性本构理论和微观位错动力学机理两个角度,分别讨论并指出塑性本构关系属于流动型黏塑性率相关本构关系,且同时适用于加载和卸载;因而不应该用应力-应变图来描述塑性加-卸载过程。弹塑性本构关系则是一种形变型和流动型本构关系的耦合。     

钛合金TB-2在高应变率下的动态应力应变关系

用分离式Hopkinson压杆对国产型钛合金TB-2的动态应力应变关系在高达3103S-1的高应变率下作了实验研究。试验结果表明TB2对应变率高度敏感,其本构关系可用Malvern粘塑性方程来表达。从高速变形下热-力学耦合的观点讨论了其应变硬化模量随应变率的增加而降低,从而有应变率敏感系数随应变增大而降低的特性。     

准脆性材料的弹塑性各向异性损伤耦合本构模型研究

针对准脆性材料的非线性特征：强度软化和刚度退化、单边效应、侧限强化和拉压软化、不可恢复变形、剪胀及非弹性体胀,在热动力学框架内,建立了准脆性材料的弹塑性与各向异性损伤耦合的本构关系。对准脆性材料的变形机理和损伤诱发的各向异性进行了诠释,并给出了损伤构形和有效构形中各物理量之间的关系。在有效应力空间内,建立了塑性屈服准则、拉压不同的塑性随动强化法则和各向同性强化法则。在损伤构形中,采用应变能释放率,建立了拉压损伤准则、拉压不同的损伤随动强化法则和各向同性强化法则。基于塑性屈服准则和损伤准则,构建了塑性势泛函和损伤势泛函,并由正交性法则,给出了塑性和损伤强化效应内变量的演化规律,同时,联立塑性屈服面和损伤加载面,给出了塑性流动和损伤演化内变量的演化法则。将损伤力学和塑性力学结合起来,建立了应变驱动的应力-应变增量本构关系,给出了本构数值积分的要点。以单轴加载-卸载往复试验识别和校准了本构材料常数,并对单轴单调试验、单轴加载-卸载往复试验、二轴受压、二轴拉压试验和三轴受压试验进行了预测,并与试验结果作了比较,结果表明,所建本构模型对准脆性材料的非线性材料性能有良好的预测能力。     

不同加载状态下TA2钛合金绝热剪切破坏响应特性

一般认为绝热剪切现象在宏观上表现为材料动态本构失稳,即热软化大于应变硬化.本文采用帽型受迫剪切试样研究TA2钛合金的动态力学特性和本构失稳过程.首先对剪切区加载应力状态进行理论和数值分析,通过合理设计帽型试样,剪切区变形可近似按剪切状态处理;结合二维数字图像相关法(two-dimensional digital image correlation,DIC-2D)直接测试试样剪切区应变演化,给出帽型受迫剪切实验的等效应力-应变响应曲线.进一步,利用Hopkinson压杆对TA2钛合金开展动态压缩及帽型剪切对比试验研究,比较压缩、剪切试验得到的等效应力-应变曲线,采用"冻结"试样方法分析试样中绝热剪切局域化演化过程,探讨不同加载状态下TA2钛合金的绝热剪切破坏现象及其动态力学响应特性.实验结果表明,在塑性变形初始阶段,动态压缩及剪切加载下的等效应力-应变曲线符合较好,但随塑性损伤发展及绝热剪切带形成,两者出现分离,表明损伤及绝热剪切演化过程与应力状态相关.剪切试样实验得到的本构"软化"特性能够反映绝热剪切带起始、破坏演化过程的力学响应特性,而在动态压缩实验中,即使试样中已出现双锥形的绝热剪切带及局部裂纹分布,其表观等效应力-应变曲线并不出现软化特征,动态压缩实验无法得到关于绝热剪切起始、发展以及破坏的本构软化响应特性.     

一种基于位错机制的动态应变时效模型

动态应变时效是由位错与溶质原子的相互作用引起的，只考虑位错与位错芯内的溶质原子（位错芯气团）的相互作用，在位错热激活运动机制的Zerilli-Armstrong热粘塑性本构模型的基础上，加以改进，并加入位错和位错芯片团的相互作用的影响，建立了一种可定量描写动态变变时效现象的本构模型，所得到的本构模型以Zerilli-Armstrong模型为基础，不仅可以描写动态应变时效现象，还可以描写金属在很大温度（77K－1000K）和应变率（10^-4-10^4s^-1)范围内的力学行为，本构模型对钽的拟合和预测与实验结果有较好的吻合。     

TC4在动态载荷下的剪切行为研究

使用分离式霍布金森压杆(SHPB)对2种TC4(Ti-6Al-4V)试样(单边剪切试样与双边剪切试样)在应变率104 s-1下进行动态剪切加载，利用SIM D8高速照相系统捕捉了绝热剪切带扩展的整个历程，得到了TC4在拍照时刻的应力应变曲线；使用金相显微镜和SEM扫描电镜对TC4绝热剪切带的微观形貌进行观察，发现绝热剪切带宽度为5~12 μm，断口从韧窝断裂演变为解理断裂，可观测到韧窝状与河流花样断口形貌，但是并未看到相变的发生；对2种试样就产生绝热剪切带的形式与敏感性进行了分析，实验表明双边试样更易产生绝热剪切带；通过高速照相系统的标定换算，得到TC4绝热剪切带产生的临界剪切应变在78%~88%之间。在SHPB动态加载条件下，TC4绝热剪切带的扩展速度在460~1 250 m/s之间，且应变率越高，剪切带扩展越快，扩展平均速度与名义应变率近似呈线性关系；另外，在同一加载速率下，剪切带并不是匀速扩展，其扩展速度随载荷的增加而不断增加。     

玻璃态高聚物PMMA粘弹性力学行为的率温等效关系

基于粘弹-塑性本构模型并以玻璃态高聚物PMMA在温度T=233—343K和应变率(?)=1.0 x 10~(-4)—1.0×10~(-1)s~(-1)范围内实测的应力-应变曲线及其拟合计算为依据,讨论了试验材料的率温等效性,从位移因子a_T和归一化应力-应变主曲线的存在,证实试验材料在屈服前存在率温等效关系,而在屈服后不复存在。     

冲击载荷下钨合金圆台试件绝热剪切变形局部化的数值模

采用有限元计算编码ABAQUS模拟了钨合金圆台试件在冲击载荷下的变形和剪切局部化行为。计算采用二维轴对称应变条件下的绝热模型。钨合金的本构方程采用热粘塑性形式的Johnson Cook模型。为了得到不同尺度的变形信息 ,计算中用了两种网格 ;先用粗糙网格分析试件变形局部化的概貌 ;接着 ,用细密网格 (在变形局部化区域 ,网格尺寸达到 10 m)分析绝热剪切带的形成和发展。有限元模拟得到的绝热剪切带位置和方向与实验一致。计算结果表明 ,绝热剪切带的形成和发展与试件的应力状态密切相关。     

冲击载荷下钨合金圆台试件绝热剪切变形局部化的数值模拟

采用有限元计算编码ABAQUS模拟了钨合金圆台试件在冲击载荷下的变形和剪切局部化行为.计算采用二维轴对称应变条件下的绝热模型.钨合金的本构方程采用热粘塑性形式的Johnson-Cook模型.为了得到不同尺度的变形信息,计算中用了两种网格;先用粗糙网格分析试件变形局部化的概貌;接着,用细密网格(在变形局部化区域,网格尺寸达到10μm)分析绝热剪切带的形成和发展.有限元模拟得到的绝热剪切带位置和方向与实验一致.计算结果表明,绝热剪切带的形成和发展与试件的应力状态密切相关.     

一种混凝土损伤模型和数值方法

Ｏｔｏｓｅｎ准则在准静态时和实验结果有很好的一致性，但是混凝土的动态力学性质和准静态相比有明显的变化。此时，需要用应变率相关的本构模型来描述混凝土的力学行为。从Ｏｔ－ｔｏｓｅｎ的四参数混凝土破坏准则出发，考虑损伤、静水压和应变率对本构关系的影响，建立了混凝土的粘塑性本构模型。同时给出了基于该本构模型的混凝土的有限元计算方法:在积分内变量时采用改进的龙格－库塔格式，在时间方向上的积分使用带有步长控制的ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ－方法，有效地保证了积分的稳定和精度，给混凝土的进一步研究提供了方便。     

Sn60Pb40钎料合金的具有蠕变和塑性边界的粘塑性本构方程

采用具有蠕变和塑性边界的粘塑性本构方程对Sn-Pb共晶合金的基本力学行为进行了模拟和预测。结果表明：在较宽的外部变量范围（应变率为10^-5-10^-2S^-1,温度为－55－125℃）内,模拟结果与实验结果吻合良好。证明了该方程用于描述Sn-Pb共晶合金的力学行为具有良好的预测能力。     

材料的弹粘塑性本构关系和应力波的演化

试验表明，大多数工程材料在冲击载荷作用之下的变形一般都同时包含有可恢复的瞬态性弹性变形和不可恢复的粘滞性塑性变形，即其本构关系可以用弹粘塑性模型来描述。本文从内变量理论出发，探讨了时率相关材料的弹粘塑性本构关系的一般特性，建立了增量型的弹粘塑性本构关系的一般理论框架和普适的表达式，并且对两种最常用的本构模型——Bodner-Partom模型和Johnson-Cook模型给出了在一维应变条件下的具体形式。通过计算和讨论一维应变粘塑性靶板中冲击波的衰减机制和应力波的演化规律，特别是考察各种粘塑性本构模型中的材料参数对冲击波的衰减和应力波的演化的影响，得出了一些可以直接应用或具有一定借鉴价值的结果，为研究应力波的其他衰减机制以及在人防工程中智能防护层设计时新材料的选取奠定了基础。     

金属热黏塑性本构关系的研究进展

金属材料的塑性流动行为依赖于温度和应变率,温度和应变率敏感性是金属材料塑性流动的最重要的本质特性之一,建立合适的热黏塑性本构关系来准确描述金属塑性流动行为的温度和应变率依赖性,是金属材料能被广泛应用的必要前提。为此,对金属热黏塑性本构关系的最新研究进展进行了综述,介绍了常见的几种金属热黏塑性本构关系并进行了详细讨论,给出了各本构关系的优势与不足,最后系统介绍了包含金属塑性流动行为中出现的第三型应变时效、或K-W锁位错结构引起的流动应力随温度变化出现的反常应力峰以及拉压不对称等行为的金属热黏塑性本构关系的研究进展。     

Ti-6Al-4V在高应变率下的动态剪切特性及失效机理

采用基于霍普金森压杆的新型加载技术对Ti-6Al-4V材料的动态剪切特性及失效机理进行了测试研究。获得了Ti-6Al-4V材料在超过104 s-1应变率下的剪应力-剪应变曲线及失效参数。研究发现,材料的流动应力存在明显的应变率强化效应;随着应变率的增加,材料的失效应力逐渐增大,而失效应变逐渐减小。采用ABAQUS/Explicit对加载过程进行了数值模拟。结果显示,剪切区材料基本处于平面剪切状态,应力应变场分布较为均匀,计算得到的剪应力-剪应变曲线与实验结果吻合较好。经断口分析可知,随着应变率的升高,Ti-6Al-4V的失效机理存在由韧窝、拉伸韧窝至台阶及河流花样的演化过程,材料的失效模式主要表现为韧性断裂。     

钛合金TC-4在高应变率下的动态本构关系

利用分离式Hopkinson扭杆对钛合金TC-4进行了高应变率下动态剪切本构关系的实验研究。结果表明TC-4对应变率高度敏感,对应变率的敏感性随应变率的提高而增加。其动态应力应变关系呈线性强化形式。但动态强化模量随应变率的提高而略有减少。采用Malvern给出的过应力模式_p={exp[(1/)(-f())]-1}/b可以较好地描述TC-4的动态剪切本构关系。