鎂基復(fù)合材料高溫高應(yīng)變率本構(gòu)關(guān)系及驗(yàn)證.pdf

1、鎂合金因其潛在的物理和力學(xué)性能被廣泛用于電子、汽車等工業(yè)領(lǐng)域。為了改善鎂合金的力學(xué)性能以滿足不同領(lǐng)域?qū)ζ涞男枨?，越來越多的研究者開始研究納米增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的力學(xué)性能。但是，這些研究者主要是研究材料在室溫以及靜態(tài)/準(zhǔn)靜態(tài)條件下的力學(xué)行為，而這與實(shí)際工況是不相符的。因此，研究鎂基納米復(fù)合材料在高溫動(dòng)態(tài)荷載下的力學(xué)性能具有重要的意義。
　　本文采用霍普金森拉桿(Split Hopkinson Tension Bar，SHTB)實(shí)驗(yàn)裝置

2、測(cè)試了鎂基納米復(fù)合材料在高溫高應(yīng)變率下的力學(xué)性能，得到了一系列的應(yīng)力應(yīng)變曲線。在原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了溫度修正，同時(shí)在考慮溫度和應(yīng)變率之間的耦合作用的條件下對(duì)標(biāo)準(zhǔn)Johnson-Cook(J-C)本構(gòu)模型進(jìn)行了兩次修正（Modified和Proposed模型），并采用溫度修正后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)J-C和修正J-C本構(gòu)模型都進(jìn)行了參數(shù)擬合。將擬合結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，修正的J-C本構(gòu)模型（Proposed模型）可以更好地描述材料在高溫

3、高應(yīng)變率下的力學(xué)行為。
　　本文采用Johnson-Cook(J-C)動(dòng)態(tài)破壞本構(gòu)模型來描述材料在高溫高應(yīng)變率下的失效行為，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合出了相關(guān)參數(shù)。詳細(xì)推導(dǎo)了VUMAT子程序的應(yīng)力更新算法，并將修正的J-C本構(gòu)模型和J-C破壞本構(gòu)模型編寫到VUMAT子程序中。在此基礎(chǔ)上，基于SHTB實(shí)驗(yàn)裝置建立了有限元模型進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。結(jié)果表明，采用修正本構(gòu)(Modified Model)模擬得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合更好，而新提出的

4、本構(gòu)(Proposed Model)則更適合描述復(fù)合材料在高溫高應(yīng)變率下的力學(xué)性能。
　　為了驗(yàn)證復(fù)合材料的本構(gòu)關(guān)系，本文采用數(shù)值模擬的方法進(jìn)一步研究了鎂基納米復(fù)合材料板材在沖擊荷載作用下的變形行為。首先，在一定厚度和尺寸下研究了鎂復(fù)合材料板材在低速反復(fù)沖擊下的變形行為;其次，在等面密度的基礎(chǔ)上研究了鎂基復(fù)合材料在高速?zèng)_擊下的變形行為，并將模擬結(jié)果與已有文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，結(jié)果表明:在平頂沖頭作用下，鎂基復(fù)合材料板材的彈道極限速度值