Hopkinson拉杆试验的优化与高导无氧铜本构关系及拉伸断裂研究

【摘要】：研究了拉伸Hopkinson试验(TSHB)的优化问题:Hopkinson拉伸试验装置的结构及加载条件明显影响试验结果,其中包括试件的几何形状、试件与杆的连接以及接触边界、应力波的影响。为了可由入射杆与透射杆上测得的应变按Hopkinson试验公式确定出试件中诸力学量,必须进行试验的全过程数值模拟,使试件内应力、应变趋均匀且呈一维应力状态。研究结果表明,试件在给定的拉伸端过渡区情况下,长径比应为1~ 2.5。 基于优化的TSHB试验,研究了典型延性材料国产高导无氧铜(OFHC)试件热处理过程以及拉、压非对称性对试件本构关系的影响,分析了热处理前后材料的微观结构变化,以及初始屈服应力差异。经热处理的试件韧性增强,其应力-应变曲线明显不同于不经热处理试件的相应曲线。文中也研究了OFHC材料的动态拉、压本构关系的差异,这种差异随着应变率与应变的增大愈加明显。结果表明,不能用相同的本构模型来描述动态拉、压特性。通过总体全过程的数值模拟,考察所确定的动态拉伸本构关系再现试验结果的可能性。结果表明,所确定的国产OFHC的Z-A型本构模型,其再现TSHB试验的能力优于J-C型本构模型。 本文在研究OFHC材料动态本构的同时,实验研究了OFHC杆的冲击拉伸断裂问题,高速摄影与数值模拟的试件变形与非局部化颈缩历史基本一致。然而,基于数值模拟的试件颈缩处横截面直径的变化规律,提出的一种关于局部化颈缩与失效的判据,并不能和试验很好符合。我们认为,局部化颈缩与断裂判据应当建立于计及损伤演化的本构关系上。文中也数值研究了OFHC杆的冲击拉伸断裂机理,采用一种动态计算的空穴单元模型,研究单轴冲击拉伸下空穴的增长与聚集过程,指出以空穴形状演化作为空穴聚集的判据比较符合实验结果。