發(fā)布時(shí)間：2018-04-23 05:20

  本文選題：鎂基復(fù)合材料 + Johnson-Cook本構(gòu)關(guān)系��； 參考：《大連理工大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：鎂合金因其潛在的物理和力學(xué)性能被廣泛用于電子、汽車(chē)等工業(yè)領(lǐng)域。為了改善鎂合金的力學(xué)性能以滿(mǎn)足不同領(lǐng)域?qū)ζ涞男枨?越來(lái)越多的研究者開(kāi)始研究納米增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的力學(xué)性能。但是,這些研究者主要是研究材料在室溫以及靜態(tài)/準(zhǔn)靜態(tài)條件下的力學(xué)行為,而這與實(shí)際工況是不相符的。因此,研究鎂基納米復(fù)合材料在高溫動(dòng)態(tài)荷載下的力學(xué)性能具有重要的意義。本文采用霍普金森拉桿(Split Hopkinson Tension Bar, SHTB)實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)試了鎂基納米復(fù)合材料在高溫高應(yīng)變率下的力學(xué)性能,得到了一系列的應(yīng)力應(yīng)變曲線。在原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了溫度修正,同時(shí)在考慮溫度和應(yīng)變率之間的耦合作用的條件下對(duì)標(biāo)準(zhǔn)Johnson-Cook (J-C)本構(gòu)模型進(jìn)行了兩次修正(Modified和Proposed模型),并采用溫度修正后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)J-C和修正J-C本構(gòu)模型都進(jìn)行了參數(shù)擬合。將擬合結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn),修正的J-C本構(gòu)模型(Proposed模型)可以更好地描述材料在高溫高應(yīng)變率下的力學(xué)行為。本文采用Johnson-Cook (J-C)動(dòng)態(tài)破壞本構(gòu)模型來(lái)描述材料在高溫高應(yīng)變率下的失效行為,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合出了相關(guān)參數(shù)。詳細(xì)推導(dǎo)了VUMAT子程序的應(yīng)力更新算法,并將修正的J-C本構(gòu)模型和J-C破壞本構(gòu)模型編寫(xiě)到VUMAT子程序中。在此基礎(chǔ)上,基于SHTB實(shí)驗(yàn)裝置建立了有限元模型進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。結(jié)果表明,采用修正本構(gòu)(Modified Model)模擬得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合更好,而新提出的本構(gòu)(Proposed Model)則更適合描述復(fù)合材料在高溫高應(yīng)變率下的力學(xué)性能。為了驗(yàn)證復(fù)合材料的本構(gòu)關(guān)系,本文采用數(shù)值模擬的方法進(jìn)一步研究了鎂基納米復(fù)合材料板材在沖擊荷載作用下的變形行為。首先,在一定厚度和尺寸下研究了鎂復(fù)合材料板材在低速反復(fù)沖擊下的變形行為；其次,在等面密度的基礎(chǔ)上研究了鎂基復(fù)合材料在高速?zèng)_擊下的變形行為,并將模擬結(jié)果與已有文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,結(jié)果表明：在平頂沖頭作用下,鎂基復(fù)合材料板材的彈道極限速度值與1100-H12鋁合金具有一定可比性。
[Abstract]:Magnesium alloys are widely used in electronic, automotive and other industries because of their potential physical and mechanical properties. In order to improve the mechanical properties of magnesium alloys to meet the needs of different fields, more and more researchers began to study the mechanical properties of nano-reinforced magnesium matrix composites. However, these researchers mainly study the mechanical behavior of the materials at room temperature and under static / quasi-static conditions, which is inconsistent with the actual working conditions. Therefore, it is of great significance to study the mechanical properties of magnesium matrix nanocomposites under high temperature dynamic loading. In this paper, the mechanical properties of magnesium matrix nanocomposites at high temperature and high strain rate have been measured by using the Hopkinson split Hopkinson Tension Bar. a series of stress-strain curves have been obtained. Based on the original experimental data, the temperature correction is carried out. At the same time, the standard Johnson-Cook J-C constitutive model is modified twice under the condition of considering the coupling between temperature and strain rate, and the modified J-C constitutive model and the standard J-C constitutive model are analyzed by using the temperature modified experimental data. Parameter fitting is carried out. It is found that the modified J-C constitutive model / proposed model can better describe the mechanical behavior of the material at high temperature and high strain rate. In this paper, the dynamic failure constitutive model of Johnson-Cook J-C is used to describe the failure behavior of materials at high temperature and high strain rate, and the relevant parameters are fitted according to the experimental results. The stress updating algorithm of VUMAT subroutine is deduced in detail, and the modified J-C constitutive model and J-C failure constitutive model are written into the VUMAT subroutine. On this basis, the finite element model based on SHTB experimental device is established and analyzed numerically. The results show that the modified constitutive model is more suitable to describe the mechanical properties of composites at high temperature and strain rate, while the new constitutive model is more suitable to describe the mechanical properties of the composites at high temperature and high strain rate. In order to verify the constitutive relationship of composite materials, the deformation behavior of magnesium matrix nanocomposite plates under impact loading was further studied by numerical simulation. Firstly, the deformation behavior of magnesium composite plate under low speed and repeated impact is studied at a certain thickness and size; secondly, the deformation behavior of magnesium matrix composite under high speed impact is studied on the basis of iso-plane density. The simulation results are compared with the experimental results. The results show that under the action of flat-top punch, the ballistic limit velocity of magnesium matrix composite plate is comparable to that of 1100-H12 aluminum alloy.
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB333

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本文編號(hào)：1790626