一种QP钢的动态压缩与拉伸特性研究

作     者：邓高涛 

作者单位：宁波大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈大年

授予年度：2012年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：动态本构方程 动态拉伸断裂 实验研究 数值模拟 QP钢 

摘      要：本文研究了QP钢的动态压缩与拉伸力学性能，主要结果如下： 1.确定并检验了QP钢圆柱试件的动态压缩本构方程 1)采用810材料试验机(MTS)和分离式Hopkinson压杆装置(SHPB)，分别对QP钢圆柱试件进行了准静态与动态压缩试验。根据准静态压缩试验和不同温度及不同应变率条件下Hopkinson压缩试验首次脉冲获得的应力-应变曲线，确定了QP钢板材的J-C型与Z-A型动态压缩本构方程。 2)根据试验时应变片记录的杆上的首次脉冲波形和高速摄像机记录的一次压缩中试件变形情况，采用数值模拟的方法校核了QP钢的动态压缩本构方程。 3)采用超景深数码显微镜(SDDM)和扫描电子显微镜(SEM)对不同应变率及不同温度下Hopkinson压缩试验的回收试件进行了微观结构观察。结果表明，在本文所研究的应变率和温度范围内QP钢材料的微观结构没有显著变化。 2.确定并外延了QP钢板条试件的动态拉伸本构方程 1)采用MTS试验机，在常温下对与轧制方向成0°、45°及90°方向的QP钢(以下简称0°QP钢等)的ASTM标准试件(准静态拉伸试验的美国标准试件)进行了准静态轴向拉伸试验，并与相应的适于Hopkinson试验的小试件的常温准静态轴向拉伸应力-应变曲线进行了比较。结果表明，相互接近。 2)为有效获取QP钢的动态拉伸力学性能，采用数值模拟，优化了Hopkinson拉伸试验，揭示了板条试件长宽比对试件中应力、应变状态的影响。优化设计的试件减少上升前沿时间和惯性效应，使试件中的应力近似轴向，应力和应变基本均匀。 3)根据优化设计的Hopkinson拉伸试验，获得了不同温度及不同应变率加载下的0°、45°及90°QP钢板条试件的动态拉伸应力-应变曲线。基于准静态及动态拉伸应力-应变曲线，确定了QP钢板条试件的J-C型和0°QP钢板条试件的Z-A型动态拉伸本构方程。 4)根据Hopkinson拉伸试验中杆上应变片记录的首次拉伸脉冲波形和高速摄像机记录的试件受多次拉伸的变形，采用数值模拟的方法外延校核了0°QP钢板条试件的动态拉伸本构方程。 5)根据不同尺度的0°QP钢板条试件的准静态拉伸试验结果，研究了试件尺度对应力-应变曲线的影响。采用数值模拟的方法，研究了试件尺度对Hopkinson拉伸试验应力-应变曲线的影响。 3.研究了QP钢板条试件的动态拉伸断裂机理 1)根据确定的并经外延校核的0°QP钢板条试件的J-C型动态拉伸本构方程，采用Batra和Wei的失稳准则，研究了Hopkinson拉伸试验中0°QP钢板条试件的非局部化颈缩过程。 2)研究了温度和应变率对Hopkinson拉伸试验中0°QP钢板条试件断裂应变的影响。并采用SEM对回收试件的断裂区域进行了显微观测。 3)实验确定了0°QP钢板条预置空穴试件在Hopkinson拉伸试验中的空穴增长与聚集，采用数值模拟，评估了Thomason、Brown-Embury以及Ma-Chen的空穴聚集准则。数值模拟中采用了本文确定并经外延校核的0°QP钢板条材料的J-C型拉伸本构方程。