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7075-T6铝合金在taylor冲击实验中的宏观力学响应及细观结构演化

热加工工艺 2024年第14期53卷 79-86页

作者：赵英杰胡广马胜国张团卫赵聃王志华太原理工大学机械与运载工程学院应用力学研究所山西太原030024 材料强度与结构冲击山西省重点实验室山西太原030024 太原理工大学力学国家级实验教学示范中心山西太原030024

将实验和晶体塑性有限元(CPFEM)方法相结合,研究了7075-T6铝合金在taylor冲击实验中的宏观力学响应以及其细观结构的演化。使用电子背散射衍射技术(EBSD)对实验前7075-T6铝合金的细观结构进行表征。通过修改强化模型和流动准则在CPFEM... 详细信息

将实验和晶体塑性有限元(CPFEM)方法相结合,研究了7075-T6铝合金在taylor冲击实验中的宏观力学响应以及其细观结构的演化。使用电子背散射衍射技术(EBSD)对实验前7075-T6铝合金的细观结构进行表征。通过修改强化模型和流动准则在CPFEM模型中引入位错密度作为内部状态变量,并结合动态压缩实验得到的应力-应变曲线确定7075-T6铝合金相关的模型参数。结果表明:考虑位错密度的CPFEM模型可有效地描述7075-T6铝合金在不同速度taylor冲击实验中的宏观和微观力学响应。与实验结果对比,CPFEM模型合理地预测了冲击后子弹的外部轮廓变化,其预测的撞击面半径和子弹剩余长度与实验结果误差均在10%以内。此外,CPFEM模型预测7075-T6铝合金冲击后的织构演化同动态冲击后结果大致相同,均表现为生成了较多的R-Cube织构和Goss织构,而Cube织构和Cu织构大量减少。随着冲击速度的增加,R-Cube织构、S织构的体积分数逐渐增大,Cube织构、Cu织构和Brass的体积分数逐渐减少。同时,CPFEM模型预测到撞击后子弹颈缩段的产生。随着冲击速度的增加,子弹的对数应变和位错密度均有上升,最大值均出现在撞击面;在同一速度下,撞击面上外表面处平均位错密度的值小于轴心处的值。

关键词：晶体塑性有限元 taylor冲击位错密度织构

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铝合金taylor冲击实验晶体塑性模拟

铝合金Taylor冲击实验晶体塑性模拟

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作者：赵英杰太原理工大学

学位级别：硕士

传统宏观唯象型本构模型只能通过对实验数据的拟合给出经验型公式,难以对材料变形时内部结构变化机理做出解释和说明,为了研究材料变形时微观结构与宏观变形之间的关系,基于物理机理的本构模型得到了越来越多研究人员的关注。晶体塑性... 详细信息

传统宏观唯象型本构模型只能通过对实验数据的拟合给出经验型公式,难以对材料变形时内部结构变化机理做出解释和说明,为了研究材料变形时微观结构与宏观变形之间的关系,基于物理机理的本构模型得到了越来越多研究人员的关注。晶体塑性理论以连续介质力学为基础,通过对变形梯度张量的分解将材料内部晶体的滑移、位错等与其宏观变形相关联,并且可以引入孪晶、相变等物理机制对材料的微观尺度下的变形行为进行物理本质的说明。近年来随着航空工业、国防科技等领域的发展,对材料动态性能的研究需求也随之增加,据此,本文开发了基于位错密度的跨尺度晶体塑性有限元方法,并对7075-T6铝合金分别进行了动态压缩和taylor冲击的有限元数值分析,通过与实验结果的对比验证了该模型的准确性,并分析了材料变形过程中宏观力学行为及微观结构演化,主要工作内容如下:(1)对基于位错密度的晶体塑性理论进行了详细推导,建立了以位错密度为中间变量的硬化模型,并介绍了通过ABAQUS中用户自定义子程序进行数值求解的过程;对taylor冲击实验的理论基础进行介绍,说明了taylor冲击实验后子弹轮廓与其冲击过程中宏观力学行为的关系;(2)通过控制变量法研究了晶体塑性有限元模型中的摩擦系数以及位错增殖、湮灭系数对动态压缩实验模拟结果的影响,分析可知摩擦系数对模拟结果中宏观力学性能的影响可以忽略不计,仅对最终云图显示和接触面横向位移产生微小影响,位错增殖、湮灭系数则会影响材料的硬化行为和极限强度;(3)对7075-T6铝合金圆柱体试样进行了动态压缩实验,使用EBSD对实验前后试样的微观结构进行了表征,通过与实验结果的对比标定了晶体塑性模型中7075-T6铝合金的相关参数,并将数值计算结果与实验结果进行了对比,研究表明:本文所采用的晶体塑性模型可以较为准确地预测7075-T6铝合金动态压缩时的力学行为和微观结构变化,二者均显示为生成了较多的Brass{110}织构和Goss{110}织构,但模拟结果对织构体积分数的预测与实验存在一定差异;(4)对7075-T6铝合金平头圆柱体试样进行了不同速度的taylor冲击实验,并进行了相应的晶体塑性有限元模拟。结果表明:数值计算可以较为准确地预测taylor冲击后试样的轮廓,通过对比可知模拟结果对撞击后子弹撞击面直径和终长的预测误差均在4%以内;随着冲击速度增加,由于材料内部晶体取向发生了择优转动,Goss{110}织构、S{123}织构以及R-Cube{012}织构的体积分数逐渐增加,F{111}织构、E{111}织构的体积分数逐渐减少。

关键词：晶体塑性有限元 taylor冲击织构铝合金

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钽钨合金动态力学行为及其本构模型研究（英文）

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稀有金属材料与工程 2017年第10期46卷 2753-2762页

作者：高飞张先锋 Serjouei Ahmad 王明洋李磊熊玮张将南京理工大学江苏南京210094 南洋理工大学新加坡639798 中国兵器科学研究院宁波分院浙江宁波315103

对2种钽钨合金(Ta-2.5W和Ta-10W,钨的质量分数分别为2.5%和10%)的准静态和动态变形行为进行了系统研究。根据准静态压缩实验、霍普金森压杆(SHPB)实验结果,表明2种钽钨合金的流动应力对加载应变率和钨的含量较为敏感,并拟合得到了2种钽... 详细信息

对2种钽钨合金(Ta-2.5W和Ta-10W,钨的质量分数分别为2.5%和10%)的准静态和动态变形行为进行了系统研究。根据准静态压缩实验、霍普金森压杆(SHPB)实验结果,表明2种钽钨合金的流动应力对加载应变率和钨的含量较为敏感,并拟合得到了2种钽钨合金的JC本构模型参数。其次,为验证本构模型的合理性,开展了泰勒撞击实验和数值模拟研究,应变率范围为10~3~10~4 s^(-1),数值模拟得到的泰勒杆侧轮廓与撞击端面轮廓与实验吻合较好。最后,为研究钽钨合金变形后的细观特性,对杆件进行了光学显微照片分析。本研究方法与结果可为材料本构关系的确定提供借鉴。

关键词：钽钨合金霍普金森压杆动态行为 taylor冲击本构模型

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