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优质碳素结构钢温度和速率相依型本构模型研究

杨柳  
【摘要】:优质碳素结构钢在现代汽车工业、航空工业等领域用途很广,大量的投资都用于优化它的生产。近年来,由于计算机技术的迅速发展和数值计算方法、半解析数值方法的不断完善,有限元数值模拟技术成了优化生产最实用、最便利的途径。而要实现具有预测材料流变成形过程的数值模拟,就必须首先建立较为精确的描述材料在热加工条件下的流变性质的本构模型。 本文较为系统地介绍了影响材料本构关系中流变应力的基本因素,将优质碳素结构钢在高温下视为一种弹粘塑性材料,对弹粘塑性材料的本构模型作了具体介绍,并给出了粘塑性模型的参变量变分原理。 本文对20号、35号、45号优质碳素结构钢在相同温度,不同应变速率和同一应变速率,不同温度下进行了一系列恒温恒应变速率拉伸实验,获得了52组流变应力-应变曲线,对实验结果进行了理论分析,并结合Perzyna模型和Johnson-Cook模型的优点,以20号钢为例,建立了优质碳素钢的流变应力本构模型。并将模型计算结果与实验结果进行了比较,证实了该模型能更好地描述优质碳素结构钢的温度效应和应变率效应。 此外,我们对35号钢进行了高温蠕变实验。根据有关流变模型建立了积分型蠕变本构方程和微分型应力应变本构关系,确定了35号钢的蠕变积分核函数。同时,利用蠕变实验数据,求出了粘塑性材料本构方程中表征粘性性质的材料常数 ,并与TC11钛合金、Lc4铝合金相应的材料常数进行了比较与分析。


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