高應變率一維應力及純剪與一維應變加載下材料的本構相關性研究.pdf

1、1 、高應變率一維應力及純剪加載下材料的本構關系研究 1 ）論述了一維應力及純剪試驗引出的彈性本構關系。指出，在線彈性范圍內，由一維應力試驗確定了材料的基本特性參數(shù)E、υ后，一維應變沖擊試驗的彈性響應部分，包括平面沖擊波試驗的彈性先驅部分完全可以預計。 2 ）論述了高應變率一維應力及純剪試驗引出的塑性及粘塑性本構關系。戴維斯等人依據(jù)準靜態(tài)薄壁圓筒試驗結果提出了所謂的“單一曲線假定”。這種“單一曲線假定”把簡單加載下復雜應

2、力狀態(tài)的應力－應變曲線和一維應力－應變曲線聯(lián)系起來。本文指出，這種“單一曲線假定”有可能推廣到高應變率一維應力及純剪試驗，J-C 、B-P 等本構方程可以用來描述SHPB 及高應變率扭轉試驗結果在一定意義上就說明，“單一曲線假定”可應用于高應變率加載。但是，對于平面沖擊波產(chǎn)生的高壓、高應變率本構關系未必適用。 3 ）討論了典型的一維應力沖擊試驗存在的問題。以鎂鋁合金的SHPB 試驗為例，對于原理的適用性進行了討論。一方面采用一維

3、有限差分方法對SHPB 試驗進行全過程數(shù)值模擬，考察SHPB 試驗經(jīng)典分析方程對于高加載率情況的適用性；另一方面把SHPB試驗經(jīng)典分析擬合的試件材料本構關系嵌入SHPB 試驗全過程數(shù)值模擬，考察數(shù)值模擬再現(xiàn)SHPB 試驗測得的反射波形及透射波形的可能性。研究表明，對于這種應變率不敏感材料，由SHPB 經(jīng)典分析估算的應力、應變與數(shù)值模擬的試件中的典型差分網(wǎng)格的應力、應變基本一致。然而，試件微元經(jīng)受的應變率并非常值，甚至有量級之差。因此，如

4、何確定試件經(jīng)受的“平均應變率”是值得研究的問題。 2 、高應變率一維應變加載下材料的本構關系研究 1 ）從理論上指出，由于高應變率一維應變試驗伴有高壓，因此，必須研究高壓、高應變率狀態(tài)下材料的本構方程，文中討論了平板撞擊下，材料的屈服強度Y 與應變ε 、壓力p 、溫度T 的關系函數(shù)。揭示，計及應變率的SCG 本構方程其實質是以剪切模量為流動應力的尺度，在此尺度下量度的流動應力具有應變率相關性，也就是說，高壓效應與高應變率效

5、應似乎可以分離變量，熱力學效應可以通過剪切模量來表達。 2 ）對于利用平板撞擊試驗，導出試件材料高壓、高應變率本構方程的實驗方法進行了討論。分析了平板撞擊試驗的常用測試方法，依據(jù)已有數(shù)據(jù)，指出在AC 方法中，直接測量的是由VISAR 測試技術得到的自由面粒子速度，需要進一步通過阻抗匹配得到反射波前的粒子速度，通過粒子速度計算壓力、應變等參量，這屬于間接方法。其精度受到中間各環(huán)節(jié)的很大影響。因此，探索一種直接測量縱向應力x σ 及

6、橫向應力y σ ，進而能直接導出材料屈服強度和剪切應力的方法顯得十分重要。文中討論了用錳銅壓阻計測量橫向應力時存在的各種問題。 3 ）基于溫度效應的新發(fā)現(xiàn)，分析了Millett 等對于純鎢及鎢合金在沖擊壓力下的剪應力試驗數(shù)據(jù)，并用SCG 本構方程進行了計算，與實驗結果進行了比較。對于縱向應力為13.5 Gpa ，11.8 Gpa ，及9.5 Gpa 的試驗而言，由SCG 本構方程估計的屈服強度Y 在2.5 ～2.6 Gpa ，與

7、實驗結果比較接近。 3 、高應變率一維應力與一維應變加載下材料的本構關系相關性研究 1 ）論述了強動載荷下本構關系的研究框架。以不計及損傷的Perzyna 本構為例，指出不同應力狀態(tài)及不同應變率試驗對于確定這種本構關系所包含的函數(shù)形式的重要性。事實上，本構方程中所包含的函數(shù)形式都是某種設定，而壓力與溫度效應在此本構模型中并沒有計及。所以，Perzyna 本構僅僅可能適用于高應變率加載，能否應用于高壓、高應變率加載還是問題。

8、指出，由于理論和實驗的限制，只能基于等效應變作為狀態(tài)變量，用標量形式的本構關系代替張量形式的本構關系。 2 ）用J-C 模型和SCG 模型分別計算了鎢合金在平板沖擊試驗下的流動應力，并和實驗值比較，考證了兩種本構模型的適用性。結果表明，在壓力較低（＝14.81GPa ）時J-C模型符合較好，在高壓（＝30.22GPa 、92.36GPa ）下SCG 模型能更好的與試驗結果一致。 3 ）通過嵌入不同的本構方程（J-C 模