【摘要】：隨著5083鋁合金在制造業(yè)中廣泛的應(yīng)用,尤其高速列車和船舶行業(yè)的發(fā)展,要求對(duì)其在高速碰撞、大塑性變形等條件下具有良好的力學(xué)性能。同時(shí),材料的屈服應(yīng)力、加工硬化率等參數(shù)也必然會(huì)在不同加載速率、溫度等條件下發(fā)生改變。因此,研究分析5083鋁合金在動(dòng)態(tài)載荷下相關(guān)力學(xué)性能,對(duì)工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和碰撞問(wèn)題的數(shù)值計(jì)算有著重要意義。本文通過(guò)MTS材料試驗(yàn)機(jī)、INSTRON動(dòng)態(tài)材料試驗(yàn)機(jī)和分離式霍普金森試驗(yàn)系統(tǒng),針對(duì)5083鋁合金材料進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)以及中、高應(yīng)變率加載下的力學(xué)拉伸和壓縮實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)得到了在較寬應(yīng)變率(2×10-/s-7×103/s)下的5083鋁合金應(yīng)力應(yīng)變曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該材料在同一實(shí)驗(yàn)條件下所得到的應(yīng)力應(yīng)變曲線,其強(qiáng)化階段的拉伸曲線總是低于壓縮曲線。不同應(yīng)變率下的拉伸和壓縮在不同加載情況下的屈服應(yīng)力基本相同,并且屈服應(yīng)力隨著應(yīng)變率不同而有所變化,當(dāng)加載應(yīng)變率低于10/s時(shí),材料的屈服應(yīng)力呈現(xiàn)出負(fù)應(yīng)變率效應(yīng),之后隨著應(yīng)變率的升高,屈服應(yīng)力呈現(xiàn)出正應(yīng)變率效應(yīng)。進(jìn)入屈服階段之后有著較明顯的冪率形式的應(yīng)變硬化規(guī)律,加工硬化率隨著應(yīng)變率有所降低,呈典型的FCC金屬特征�；谝陨蠈�(shí)驗(yàn)結(jié)論,本文歸納總結(jié)了近年來(lái)各種可用于描述5083鋁合金沖擊實(shí)驗(yàn)本構(gòu)關(guān)系的模型,針對(duì)描述5083鋁合金的動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系最常用的Johnson-Cook模型(JC模型)進(jìn)行改進(jìn),由于該模型并沒有考慮到細(xì)觀層面的損傷機(jī)理,通過(guò)分析了該類材料的動(dòng)態(tài)損傷機(jī)理,并結(jié)合延性金屬的損傷理論和微觀斷裂機(jī)理方面的研究,對(duì)5083鋁合金動(dòng)態(tài)軟化現(xiàn)象在理論機(jī)理上進(jìn)行了合理解釋,并引入本構(gòu)方程。通過(guò)實(shí)驗(yàn)曲線與所得模型曲線的對(duì)比,擬合良好,表明該模擬具有很好的適用性。該研究能夠?qū)υ摬牧系墓こ虘?yīng)用提供有效的科學(xué)依據(jù)、分析模型和必要的參考。研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn),原有的Johnson-Cook本構(gòu)模型雖然形式簡(jiǎn)單,物理參數(shù)較少,但由于此模型屬于半經(jīng)驗(yàn)半物理型的本構(gòu)模型,缺點(diǎn)在于對(duì)加工硬化率隨應(yīng)變和應(yīng)變率增加或者減少的力學(xué)行為描述不足。因此,本文對(duì)多晶FCC材料在寬應(yīng)變率下的塑性流動(dòng)行為進(jìn)行了系統(tǒng)的分析,討論5083鋁合金在寬應(yīng)變率下的反常屈服行為和加工硬化率降低的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,產(chǎn)生以上現(xiàn)象的變形機(jī)制為兩相合金元素在不同應(yīng)變率下的競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果�；谖诲e(cuò)動(dòng)力學(xué)概念及熱激活理論,并結(jié)合合金元素對(duì)金屬的強(qiáng)化機(jī)制,引入Copley和Kear的強(qiáng)化模型,重構(gòu)了Zerilli-Armstrong本構(gòu)模型,通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)曲線和擬合結(jié)果的比較,證實(shí)該模型較Johnson-Cook本構(gòu)模型有著更好的擬合效果。通過(guò)實(shí)驗(yàn)曲線和模型所得曲線的對(duì)比,該模型擬合良好,表明此模型具有更好的預(yù)測(cè)此類材料的塑性流動(dòng)應(yīng)力的能力。
[Abstract]:With the wide application of 5083 aluminum alloy in manufacturing industry, especially the development of high-speed train and ship industry, it is required to have good mechanical properties under the condition of high speed collision and large plastic deformation. At the same time, the yield stress, work hardening rate and other parameters will change under different loading rate and temperature. Therefore, it is of great significance to study and analyze the mechanical properties of 5083 aluminum alloy under dynamic load for the design of engineering structures and the numerical calculation of impact problems. In this paper, by means of MTS material testing machine, INSTRON dynamic material testing machine and split Hopkinson test system, the quasi-static test and mechanical tensile and compression tests of 5083 aluminum alloy under medium and high strain rate loading are carried out. The stress-strain curves of 5083 aluminum alloy were obtained at a wide strain rate (2 脳 10-/s-7 脳 103 / s). The experimental results show that the stress-strain curves obtained under the same experimental conditions are always lower than the compression curves in the strengthening stage. The yield stress of tension and compression under different strain rates is basically the same under different loading conditions, and the yield stress varies with the strain rate. When the strain rate is less than 10 / s, The yield stress of the material shows a negative strain rate effect, and then with the increase of the strain rate, the yield stress presents a positive strain rate effect. After entering the yield stage, there is a more obvious law of strain hardening in the form of power rate, and the work hardening rate decreases with the strain rate, which is typical of FCC metal. Based on the above experimental results, this paper summarizes various models that can be used to describe the constitutive relations of 5083 aluminum alloy in impact tests in recent years, and improves the Johnson-Cook model (JC model), which is the most commonly used model to describe the dynamic constitutive relations of 5083 aluminum alloy. Because the damage mechanism of meso-level is not taken into account in this model, the dynamic damage mechanism of this kind of material is analyzed, and the damage theory of ductile metal and the microscopic fracture mechanism are studied. The theory and mechanism of dynamic softening of 5083 aluminum alloy were explained and constitutive equation was introduced. The comparison between the experimental curve and the model curve shows that the simulation has good applicability. The research can provide effective scientific basis, analysis model and necessary reference for the engineering application of the material. In the course of the study, it is found that the original Johnson-Cook constitutive model is simple in form and few in physical parameters, but it belongs to the semi-empirical and semi-physical constitutive model. The drawback is that the mechanical behavior of work hardening rate increases or decreases with strain and strain rate. Therefore, the plastic flow behavior of polycrystalline FCC materials at wide strain rate is systematically analyzed, and the abnormal yield behavior of 5083 aluminum alloy at wide strain rate and the experimental phenomenon of reducing work hardening rate are discussed. The deformation mechanism of the above phenomenon is the result of competition of two-phase alloy elements at different strain rates. Based on the dislocation dynamics concept and thermal activation theory, combined with the strengthening mechanism of alloy elements, the strengthening model of Copley and Kear is introduced to reconstruct the constitutive model of Zerilli-Armstrong. The experimental curves and fitting results are compared. It is proved that this model has better fitting effect than Johnson-Cook constitutive model. By comparing the experimental curve with the curve obtained from the model, the model is fitted well, which indicates that the model has a better ability to predict the plastic flow stress of this kind of material.
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG146.21

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本文編號(hào)：2402402