絕熱剪切帶形成若干問(wèn)題研究.pdf

1、絕熱剪切是材料在高應(yīng)變率加載下的重要破壞機(jī)制之一，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)和有限元模擬結(jié)合的方法研究了三種形式的絕熱剪切破壞現(xiàn)象：Ta2鈦金屬圓柱試樣動(dòng)態(tài)壓縮發(fā)生絕熱剪切破壞、Ta2鈦金屬扁平帽形試樣動(dòng)態(tài)加載發(fā)生受迫絕熱剪切破壞、電磁驅(qū)動(dòng)鋁合金圓筒向內(nèi)壓縮發(fā)生多重絕熱剪切失穩(wěn)。通過(guò)圓柱動(dòng)態(tài)壓縮試樣，測(cè)得Ta2鈦金屬的動(dòng)態(tài)壓縮力學(xué)性能，擬合得到其Johnson-Cook本構(gòu)關(guān)系模型參數(shù)，圓柱試樣局部化起始發(fā)生在端面靠近邊緣形成環(huán)形起始帶，沿軸向呈45

2、°和135°方向擴(kuò)展，形成兩個(gè)對(duì)立交叉圓錐破壞面。通過(guò)設(shè)計(jì)一種扁平帽形試樣，利用數(shù)字圖像相關(guān)法，測(cè)得剪切區(qū)域內(nèi)平均剪應(yīng)變的發(fā)展，確定了局部化起始時(shí)刻的應(yīng)力應(yīng)變發(fā)展?fàn)顩r，分析了絕熱剪切帶內(nèi)的本構(gòu)關(guān)系軟化模型。利用電磁驅(qū)動(dòng)金屬圓筒向內(nèi)壓縮發(fā)生多重絕熱剪切失穩(wěn)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)剪切帶之間相互影響，數(shù)量和間距等表現(xiàn)出自組織特征。結(jié)果表明：絕熱剪切局部化起始發(fā)生在應(yīng)力開(kāi)始出現(xiàn)“崩塌”，應(yīng)變繼續(xù)發(fā)展的時(shí)刻，表現(xiàn)為本構(gòu)關(guān)系失穩(wěn)；從應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)的發(fā)展上看，絕熱

3、剪切局部化起始條件受應(yīng)變發(fā)展、應(yīng)變率、環(huán)境溫度等因素綜合影響，局部化起始需要達(dá)到某個(gè)臨界應(yīng)變，加載應(yīng)變率越高，臨界應(yīng)變值越小，環(huán)境溫度越高，臨界應(yīng)變值越大；而應(yīng)力狀態(tài)起著控制局部化起始位置和剪切帶發(fā)展方向的作用。剪切帶一般是沿最大剪應(yīng)力方向擴(kuò)展，通過(guò)有限元分析，發(fā)現(xiàn)剪切帶內(nèi)應(yīng)力快速下降，應(yīng)變急劇增大；局部化時(shí)刻溫度升高一般為300～400℃，但剪切帶形成后，帶內(nèi)溫度劇烈增加，迅速達(dá)到熔點(diǎn)溫度。此外，分析表明擴(kuò)展速度隨加載應(yīng)變率增大而增加