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《太原理工大学》 2017年
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AZ91镁合金初始屈服行为和后继加载屈服行为研究

颜孙荣  
【摘要】:作为新兴金属材料,镁合金越来越受到人们的重视。一系列具有优良性能的镁合金被研究者们开发出来,并投入到实际应用中。如今镁合金已广泛应用于汽车、航空航天、3C电子产品和医疗等领域。人们对镁合金的需求量也逐年递增,镁合金巨大的应用潜力正被不断挖掘出来。作为最轻的金属结构材料,镁合金的服役环境往往比较复杂。为了更加科学合理的应用镁合金,充分发挥镁合金的优势,需要对镁合金进行更加深入的研究。作为重要力学性能指标之一,材料的屈服强度一直是人们关心的对象。大量研究表明,韧性金属材料大都符合Mises屈服准则。镁合金由于其特殊的密排六方晶格结构,常温下可启动滑移系较少,塑性变形机理十分复杂,适用哪种屈服准则还无定论。基于此,本文开展的主要工作为:(1)AZ91镁合金初始屈服行为的实验研究;(2)采用现有屈服准则理论屈服面与实验初始屈服面对比,确定AZ91镁合金符合的屈服准则;(3)AZ91镁合金屈服后加载面函数的推导及验证。采用压剪试件(SCS)法进行压剪复合加载实验,得到AZ91镁合金在复杂加载状态下的力学响应。同时进行了单轴拉伸、单轴压缩和“帽型”剪切试验,对AZ91初始屈服面进行实验测量。考虑到应变率对材料力学行为的影响,所有的实验都设计了三种加载速度,分别为4.8mm/s,48mm/s,480mm/s。通过对实验应力应变曲线的观察可以发现,AZ91镁合金具有明显的应变率敏感性。在弹性阶段,随着应变率的增大,弹性模量变小,屈服强度下降;在塑性阶段,随着应变率的增大,材料应变硬化率提高。整理不同加载条件下的实验数据,得到AZ91镁合金实验初始屈服轨迹。将其与现有屈服准则理论初始屈服面对比,发现椭圆屈服准则理论屈服面和实验屈服轨迹拟合的较好,可以采用椭圆屈服准则来判断AZ91镁合金是否屈服。在确定了AZ91镁合金初始屈服面的函数表达式后,基于等向强化假设,引入多项式函数拟合拉伸、压缩、剪切变形的塑性应力应变曲线,推导出AZ91镁合金的后继加载面演化函数,并用实验数据检验其可靠性。在此基础上,考虑应变率对材料力学响应的影响,提出了应变率相关的后继加载面演化函数,并验证其可靠性。从而本文基于实验和理论推导,建立了常温下AZ91镁合金率相关的后继加载面的演化函数,可对材料在复杂加载方式下的力学行为进行预测,为AZ91镁合金的应用设计提供了一定的理论支持。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TG146.22;O344.1

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