【摘要】：工程構(gòu)件的破壞經(jīng)常是由金屬材料的失效引起的,為確保金屬構(gòu)件的安全服役,需透徹了解構(gòu)件和結(jié)構(gòu)在各種復(fù)雜加載歷史作用下的塑性變形的規(guī)律。材料的塑性變形由后繼屈服面和硬化過程決定,后繼屈服面演化分析是研究材料塑性變形規(guī)律的最有效手段,合理的屈服面函數(shù)是塑性屈服和流動研究的基礎(chǔ)。塑性變形誘導(dǎo)金屬材料產(chǎn)生的各向異性特征與加載歷史密切相關(guān),是亟待解決的科學(xué)問題。本文以HRB400E鋼為研究對象,采用薄壁圓管試樣對比例和非比例拉扭組合加載路徑下材料的后繼屈服特性和塑性流動規(guī)律進行了試驗研究,發(fā)展了一種新的各向異性屈服面理論模型,并考察分析了本文提出的各向異性本構(gòu)模型對T2純銅和45號鋼后繼屈服面行為的描述能力。本文主要研究工作及結(jié)論如下:1.對0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%和1%八種應(yīng)變幅下的循環(huán)試驗分析表明,HRB400E鋼呈現(xiàn)循環(huán)軟化和循環(huán)穩(wěn)定特性,較低應(yīng)變幅下循環(huán)穩(wěn)定較慢,較高應(yīng)變幅下循環(huán)穩(wěn)定較快。循環(huán)后的拉伸彈性模量略有下降,拉伸強度、斷裂應(yīng)變和斷裂模式無明顯變化,為典型的韌性斷裂特征。循環(huán)后HRB400E鋼在較低應(yīng)變幅下屈服極限降低,較高應(yīng)變幅下屈服極限升高。2.經(jīng)歷預(yù)拉伸、預(yù)扭轉(zhuǎn)和預(yù)拉扭三種比例加載歷史下基于不同平移應(yīng)變確定的HRB400E鋼后繼屈服面形狀相似,隨著平移應(yīng)變的增加拉剪應(yīng)力平面上屈服面尺寸逐漸增大。不同平移應(yīng)變確定的屈服面在預(yù)加載方向上基本相切,主要沿預(yù)加載相反方向膨脹。后繼屈服面形狀與預(yù)加載方向相關(guān),沿預(yù)加載方向后繼屈服面呈現(xiàn)“前后平坦,前小后大”特征。預(yù)拉伸加載下的后繼屈服面沿加載方向略微外凸;預(yù)扭轉(zhuǎn)、預(yù)拉扭后的屈服面沿加載方向略微內(nèi)凹。3.在六種拉扭應(yīng)變組合折線預(yù)加載作用下,HRB400E鋼的后繼屈服面呈現(xiàn)顯著的各向異性變形特征,隨著平移應(yīng)變的增大而屈服面不斷膨脹,形狀基本不變。不同平移應(yīng)變定義的屈服面在預(yù)加載方向上基本相切,主要沿與預(yù)加載相反方向膨脹,呈現(xiàn)非線性硬化特征。先拉后拉扭路徑下的后繼屈服面,沿預(yù)加載方向呈現(xiàn)“前尖后平”特征;其他五種雙折線拉扭組合預(yù)加載作用下,后繼屈服面形狀呈現(xiàn)“卵石”特征。4.六種雙折線拉扭組合預(yù)加載作用下,試驗塑性應(yīng)變流動方向與正交方向均有一定偏離,兩方向夾角的大小在屈服面不同屈服點處具有顯著的分散性。隨著平移應(yīng)變的增大后繼屈服面的塑性流動方向與正交方向偏離角整體上減小。5.在Chaboche循環(huán)塑性理論基礎(chǔ)上,考慮加載歷史和重新加載過程中材料的硬化行為,通過在Chaboche循環(huán)塑性模型的等向硬化項中引入各向異性畸變屈服函數(shù),發(fā)展了一個新的各向異性本構(gòu)模型,并推導(dǎo)了率相關(guān)各向異性本構(gòu)模型的隱式積分算法和切線剛度矩陣。通過ABAQUS的UMAT材料用戶子程序接口,對HRB400E鋼、T2純銅和45號鋼在預(yù)比例加載下的后繼屈服和硬化過程進行了模擬。模擬結(jié)果與試驗結(jié)果的對比表明,該模型不僅能夠描述三種金屬材料比例預(yù)加載條件下后繼屈服面的各向異性特征,而且能夠模擬再加載時各向異性屈服面逐漸向各向同性屈服面的演化過程。本文發(fā)展的各向異性本構(gòu)模型能夠合理地描述三種金屬材料在預(yù)比例加載后的各向異性屈服特征,為研究其他金屬材料的后繼屈服和硬化行為奠定了理論分析基礎(chǔ)。
【圖文】：

Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ邋ｍｅｔｈｏｄｓ邋ｆｏｒ邋ｙｉｅｌｄ邋ｐｏｉｎｔ逡逑屈服定義的方法對得到的屈服面有著明顯的影響。ＰｈｉｌｌｉＰｓ［２］建議的最常用的有三種逡逑定義方法：回推法、比例極限法和偏移應(yīng)變法（如圖１－１所示）�；赝品ㄊ怯脩�(yīng)力－應(yīng)變逡逑曲線的線彈性段的延長線和平直硬化段的延長線的交點來定義，比例極限法定義的屈服逡逑點是在偏離應(yīng)力－應(yīng)變曲線的線性段的位置，偏移應(yīng)變法定義屈服點是預(yù)定義卸載后殘逡逑余應(yīng)變的大小，對應(yīng)的卸載應(yīng)力即為屈服應(yīng)力。很多金屬（例如：軟鋼）在應(yīng)力－應(yīng)變逡逑曲線上有明顯的屈服點，但是鋁和不銹鋼等金屬的應(yīng)力－應(yīng)變曲線上沒有屈服臺階，曲逡逑線是非線性的。對于有明顯屈服點的應(yīng)力應(yīng)變曲線，，一般采用比例極限法確定屈服應(yīng)力；逡逑對于沒有明顯屈服過程的應(yīng)力應(yīng)變曲線，一般采用偏移應(yīng)變法確定其屈服應(yīng)力�；诓诲义贤脑O(shè)計要求，偏移應(yīng)變的取值范圍較廣，一般介于之間�；赝品ㄒ话銓﹀义蠎�(yīng)最大屈服應(yīng)力定義

和非比例預(yù)加載試驗，比例加載路徑包括預(yù)拉伸、預(yù)扭轉(zhuǎn)和預(yù)拉扭組合加載，后繼屈服逡逑面表現(xiàn)為平移、收縮（低硬化材料）和膨脹（高硬化材料）和變形，沿預(yù)加載方向呈現(xiàn)逡逑“尖角純尾”，如圖１－２所示。逡逑＾．Ｔｏｒｓｉｏｎ邐，逡逑ｉ邋：：；邐ｓ：：}牐擼蟈義希保埃埃危唬憾危海恚

本文編號：2628219