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《哈尔滨工业大学》 2006年
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2A12铝合金本构关系实验研究

李春雷  
【摘要】: 材料的本构关系,尤其是动态载荷下的弹塑性本构关系一直是材料与力学领域研究的重点。2A12铝合金由于低密度高强度的特点,广泛应用于航空、航天以及军工部门等领域。随着计算机和数值计算方法的发展,数值模拟成为研究工程中问题的重要手段,但是材料的动态本构关系一直是束缚其发展的瓶颈。在常用数值模拟软件AUTODYN的材料库中,没有提供国产2A12铝合金力学性能方面的数据,用它进行数值计算时只能用美国产相近成分的2024铝合金代替,这样会对实验结果产生影响。由此可见,研究在常温和高温环境中冲击载荷加载条件下的2A12铝合金的动态力学性能,并得到其本构关系显得十分重要。 本文首先简单介绍了材料的本构关系,在塑性变形阶段材料的应变不仅与应力有关,还受材料的加载历史、应变率和温度影响。Johnson-Cook材料强度模型能够描述材料应变强化、应变率硬化以及温度软化效应,是金属和合金材料常用的本构方程,并被数值模拟软件AUTODYN所使用。 其次,根据一维弹性波应力波传播理论,从理论上阐明霍普金森压杆实验方法的实质。根据实验要求设计并制作了高温加热电炉和测温装置,阐述了测温装置的原理。并利用它测量出了高温加热电炉内的轴向温度分布曲线,确定了恒温区的长度。从而证明用这个高温加热炉装置进行高温动态压缩实验,可以保证试件温度的均匀性。本文还讨论了有关应变片标定的问题,经过分析得到对应变片测量系统进行整体标定要比对应变片单独进行标定所产生的误差要小。对实验过程中所测量应力波形的电磁干扰进行了分析,通过调研找到了电磁干扰产生的原因,并提出了解决办法,使由电磁干扰所引起的误差减小。 本文还利用分离式霍普金森压杆对2A12铝合金分别在温度为21~400℃范围内进行了动态压缩实验,并且得到了相应的应力-应变曲线和动态屈服强度。根据实验结果,分析了2A12铝合金的应变率强化效应和温度软化效应,最后得出了Johnson-Cook材料强度模型的参数,与软件AUTODYN中的2024铝合金参数相比,准静态屈服应力大41%。
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