CoCrNiSi0.3中熵合金动态剪切性能及其织构演化研究

利用分离式霍普金森压杆对CoCrNiSi_0.3中熵合金进行动态加载，研究不同应变率下的压缩性能，发现其对应变率较为敏感，且有明显的应变率强化效应。准静态压缩下(应变率10^-4 s^-1),应变率敏感度m为0.13,而动态压缩下(应变率5 150 s^-1)m为0.25.通过帽型剪切实验，研究了该合金的剪切性能，结果表明准静态剪切屈服强度为330 MPa,动态剪切的屈服强度为630 MPa.随预留剪切区域宽度的增加，峰值应力有所下降，但剪切失效应变明显增加，当预留剪切区域宽度为50μm时，剪切应变高达12.8.通过剪切“冻结”实验，研究了剪切变形的增大对材料内部的晶粒微观结构和织构演化特征的影响。结果表明，晶粒内的几何必要位错密度随变形加剧而增加，变形织构向A、P类型织构演化，同时Cu型织构逐渐减少。在绝热剪切带形成前，功热转换计算的温升缺乏准确性，佐证了绝热剪切带的形成并不是由热软化引起的。     

TC6钛合金剪切带临界应变及其扩展速度的实验测定

采用分离式霍普金森压杆技术和一种新型限位试验方法对TC6钛合金进行了动态压缩试验,使用光学显微镜、扫描电子显微镜分析了TC6钛合金变形到不同应变量时所产生绝热剪切带的微观形貌,通过与宏观力学响应相对应,研究了TC6钛合金圆柱试样中绝热剪切带刚萌生时对应的临界应变及绝热剪切带的扩展速率.结果表明:在高应变率下,材料绝热剪切带的形成是一个由萌生、扩展、完全发展组成的过程;在应变率为2.5×10~3s~(-1)时,TC6钛合金动态压缩时绝热剪切带萌生时对应的临界应变为0.126 9,其扩展速率大约为87 m/s.     

打击气压对激光快速成形TC4合金剪切带形成及发展的影响

采用分离式霍普金森杆系统,对激光快速成形TC4合金帽型试样进行不同打击气压下的动态压缩试验.采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等分析手段,研究了打击气压对其剪切带形成及发展的影响.结果表明,打击气压对激光快速成形TC4合金中所产生剪切带的形成及发展有较大的影响,随着打击气压的增大,剪切带宽度增大,且剪切带内的沿剪切方向的流线逐渐减弱;各种打击气压下,剪切带内均由细小晶粒组成,当打击气压为0.065 MPa时,剪切带内无动态再结晶晶粒,而其它气压下,剪切带内均出现了动态再结晶晶粒,且随打击气压的增大,再结晶晶粒比例增多,至气压为0.100 MPa时,剪切带内几乎由细小再结晶晶粒构成,计算显示,随打击气压的增大,剪切带内的绝热温升也随之增加.     

3D激光沉积增材制造TC4高应变率动态力学行为及本构关系研究

通过对3D激光沉积TC4在较宽温度（298~1 073 K）和应变率范围（0.001~5 000 s^-1）内的单轴压缩试验,系统研究了该材料的塑性流动行为,分析了材料的微观组织特性及其变形断裂微观机制.结果表明材料在压缩载荷下具有明显的应变率硬化和温度软化效应.在压缩加载条件下,材料的破坏模式为绝热剪切带的萌生和拓展,而初始缺陷成为诱导剪切带形成的主要原因.3D激光沉积TC4材料屈服强度与铸造TC4接近,略低于传统锻造TC4.文中基于位错动力学热激活理论建立了可以较好描述材料在不同温度不同应变率下的塑性流动行为物理概念的本构模型.     

TC6钛合金两种组织高温动态力学行为研究

采用高温、高应变率耦合分离式Hopkinson Bar系统,在温度为298~1 033 K范围、应变率为2500 s-1条件下,对TC6钛合金等轴组织及网篮组织圆柱试样进行了动态力学试验,研究了2种组织高温动态力学行为.结果表明:在高温、高应变率加载条件下,TC6钛合金2种组织呈现相似的力学行为,随温度升高,流变应力下降,而应变增加;等轴组织在573~673 K、网篮组织在673~773 K变形时,流变应力基本不受温度的影响;当变形温度低于673 K时,等轴组织的温度敏感性高于网篮组织,而温度高于673 K后,等轴组织的温度敏感性比网篮组织低.     

易碎型钨合金动态拉伸强度测试方法研究

研究钢管在爆炸加载条件下绝热剪切带的作用,结果表明绝热剪切带是在钢管动态膨胀过程中形成的,并在钢管破碎时成为断裂的通道,充当“预制”的作用,并用透射电镜观察了破片内绝热剪切带的精细结构,绝热剪切带中心是等轴晶组织,这是动态再结晶的结果。带内发生动态再结晶表明绝热温升已经很高,它的软化作用使其成为钢管破碎时的断裂通道。     

钢管爆炸条件下绝热剪切带的作用和精细结构

研究钢管在爆炸加载条件下绝势剪切带的作用,结果表明绝热剪切带是在钢管动态膨胀过程中形成的,并在钢管破碎时成为断裂的通道,充当“预制”的作用,并用透射电镜观察了破片内绝热剪切带的业有细结构,绝热剪切带中心是等轴晶组织,这是动态再结晶的结果,带内发生动态再结晶表明绝热温升已经很高,它的软化使其成为钢管破碎时的断裂通道。     

AerMet100钢动态剪切性能数值仿真研究

根据AerMet100钢动态剪切试验结果,基于ABAQUS/Explicit动力学分析软件对AerMet100帽形试件的绝热剪切敏感性、临界速度以及绝热剪切带的宽度进行了数值模拟分析,模拟结果与实验吻合较好. 在此基础上,研究了AerMet100钢绝热剪切敏感性与加载速度的关系,分析了AerMet100钢试件在动态加载过程中的应力场分布、绝热剪切带的演化过程以及温度场分布. 研究结果表明,剪切区域特征单元的承载能力随加载速度的提高而降低,剪切带形成的临界速度在32 m/s左右,剪切高温区集中在微米量级的带状区域.      

多晶纯钛中应变率拉伸力学行为实验研究

利用MTS809和自行研制的中应变率材料试验机,在室温下对多晶纯钛进行了0.004~14 s-1的准静态至中应变率范围内的拉伸试验,得到了多晶纯钛的拉伸应力应变关系.试验结果表明,多晶纯钛的拉伸力学行为在准静态至中应变率范围内具有明显的应变率强化效应和应变硬化效应,且有随应变率增大而逐渐明显的绝热温升软化效应.金相观察显示,拉伸变形过程中伴随孪生机制且孪晶密度随加载应变率的升高而增大.基于Johnson-Cook模型,提出了通过引入综合绝热温升软化系数Ψ来计及与应变率相关的绝热温升软化效应的修正的热粘塑性本构模型.结果表明,该模型能较好地表征多晶纯钛在本试验应变率范围内的拉伸力学行为.     

单轴压缩剪应变局部化带分布的数值模拟及其对最大有效力矩准则的验证

基于应变软化理论,模拟岩石加载应力时出现局部化韧性剪切带到发育褶劈理的过程,从而验证最大有效力矩准则的有效性。根据相关试验规程和标准规定的试样形状、尺寸和应力加载速率,采用FLAC3D软件,对岩石试样在单轴轴对称压缩条件下局部化剪切带的形成过程进行数值模拟,应变软化后得到的共轭剪切应变集中带共轭夹角为107.7°,论证了最大有效力矩准则的109°规律,同时也合理解释了横切面的剪切应变等值线的随机性表现。     

Mechanical behavior of a near α titanium alloy under dynamic compression: Characterization and modeling

Dynamic compression tests under strain rates from 870 s^?1 to 2100 s^?1 were conducted for a near α Ti–8Al–1Mo–1V titanium alloy with equiaxed microstructure. Compression behavior, adiabatic shearing and band microstructure were investigated via characterization and calculation. The results demonstrate that all dynamic constitutive curves exhibited obvious stress fluctuation phenomenon with double increase-decrease changing stages at the primary stage of compression. The dislocation multiplication theory can be used to explain this phenomenon. After the stress fluctuation period, work hardening coexisted with the thermal softening, resulting in the slow hardening tendency in constitutive curves. J-C model was utilized to quantify the dynamic constitutive curves. The deviations between the predicted and experimental curves under high strain rates may be attributed to the over-consideration of thermal softening effect in J-C model. Adiabatic shearing band (ASB) began to form under the strain rate of 2100 s^?1. A total shearing strain of 8.1 within ASB achieved in 8.9 μs, corresponding to a local strain rate of about 9.1 × 10⁵ s^?1 and is over 430 times of the macro strain rate. Post annealing was conducted on ASB before EBSD characterization. Due to the static recrystallization during annealing, the α phase within ASB generally presented as ultra-fine grains less than 1 μm in diameter.     

平头弹侵彻金属靶板的绝热剪切数值模拟及温度场研究

采用非线形有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,本文对平头弹侵彻金属靶板的绝热剪切冲塞模式进行数值仿真分析,并与相关的平头弹穿甲Weldox 460E钢靶的试验数据进行分析比较。基于不同弹速下对靶板绝热剪切带带宽（Bandwidth of ASB）进行数值预测,讨论平头弹穿透金属靶板过程中ASB区域温度场的分布。结果表明：平头弹以不同速度侵彻一定厚度金属靶时,随着弹体速度的增大,ASB内温度变化率越大,绝热剪切局域化也越显著,数值仿真分析结果与试验数据吻合较好。     

高速冲击下2519A-T87铝合金微观组织研究

用金相显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)对2519A-T87铝合金靶材弹坑周围的高速冲击特征组织进行了观察分析。在OM下观察分析发现弹坑周围形成了变形带和绝热剪切带,裂纹在绝热剪切带内萌发和扩展。TEM下观察分析发现变形带内为微带组织,绝热剪切带内是动态再结晶组织。位错在微观组织演化过程中起到了重要作用。显微硬度测试结果表明,绝热剪切带的硬度值远远低于基体。     

Macro-micro dynamic behaviors and fracture modes of roll bonded 7A52/ 7A01/7B52 aluminum laminates in high velocity deformation

Damage tolerance improvement in the lamination of aluminum alloy plates and composites has been reported in many studies. In the present study the macro-micro dynamic deformation behavior and related mechanisms of 7A52/7A01/7B52 laminated plates processed by hot roll bonding of 7A52, 7A01 and 7B52 plate at high strain rates and quasi-static compression has been investigated. The microstructure of the laminated plates was examined with backscatter diffraction (EBSD) techniques, scanning and transmission electron microscopies. The results showed that with increased strain rate, obvious strain rate hardening was observed in the single layer specimens. The peak flow stress of the multilayer samples was slightly higher than that of the 7A52 monolayer samples and much lower than that of the 7B52 monolayer samples at the same strain rate. Beyond the peak stress state, the strain hardening was replaced by thermal softening in the 7A52 layer, leading to low resistance of deformation and high tendency to facilitate deformation-induced adiabatic shear bands (ASBs) that consist of dynamic recrystallized grains. ASBs in laminated samples were deflected and bifurcated at the interface of 7A52 layer. In addition, bifurcated ASBs converged at the interface between the 7A52 and 7A01 layers. The high deformation resistance observed in the laminate under dynamic loading was a consequence of the high capacity for strain hardening in the 7A01 layer. This hardening effectively overcame the influences of thermal softening and dynamic recovery during dynamic loading. This study provides an understanding of the laminate's microstructure evolution during dynamic deformation and its relevance to the fracture modes of a multilayer structure under dynamic loading.     

硬态车削轴承钢GCr15切屑形成机理分析

使用有限元仿真软件ABAQUS对硬态车削淬硬轴承钢GCr15（62HRC）的切削过程进行仿真,从切屑形态出发,结合切削力和切削温度等场量对切屑的形成过程进行分析.结果表明：在低速（60 m/min）切削时,没有形成明显的绝热剪切带而形成了连续切屑;在高速（181 m/min）切削时,形成了锯齿状切屑和绝热剪切带,且因绝热剪切区的热软化效应而使材料的承载能力下降,切削力发生波动;在高速切削时,工件与切屑自由表面处出现了微裂纹,并在一定程度上沿绝热剪切带而向刀尖方向扩展,使得锯齿更加明显,导致切削力“二次下降”并推迟了下一锯齿节块的形成;硬态车削淬硬轴承钢GCr15的绝热剪切是形成锯齿状切屑的前提,而周期性微裂纹的出现和扩展则是源于绝热剪切作用下材料发生的韧性断裂.     

3Cr_2W_8V钢的热疲劳及其热疲劳硬化和软化

用扫描电镜及显微硬度计分别对热疲劳试样的热疲劳裂纹的萌生及扩展进行精心观察，及裂纹尖端前沿显微硬度分布进行细致的测量，在试验基础上提出了热疲劳裂纹的萌生、扩展以及裂纹尖端前沿热疲劳硬化、软化的机理．     

混凝土裂缝扩展阻力曲线

近年来徐世Lang和H．W．Reinhardt提出的基于粘聚力的裂缝扩展阻力曲线（KR阻力曲线），揭示了准脆性材料裂缝扩展过程中粘聚力与裂缝扩展阻力之间的关系，反映断理解过程区软化特性的混凝土软化本构关系与KR阻力曲线的解析密切相关。为了获得较为精神的KR阻力曲线，首先应确定合理的软化本构关系。结合混凝土三点弯曲切口梁试验，就软化本要关系、试件尺寸、材料强度对KR阻力曲线的影响进行了研究。     

材料本构模型参数对二维直角切削仿真的影响

利用AdvantEdge切削仿真软件建立二维直角切削过程的数值仿真模型,通过改变工件材料本构模型中的初始应力、应变硬化系数、应变率强化系数和热软化系数,获取各模型参数对二维直角切削仿真结果的影响. 结果表明:对切削力、刀尖温度和应力影响最大的是热软化系数,对切屑形貌影响最大的是初始应力;材料本构模型主导切削仿真过程中的应力-温度场耦合过程,同时,本构模型参数对仿真结果的影响具有明显的非线性效应.