鑄造鎂合金塑性—蠕變交互作用的損傷本構(gòu)模型及其應(yīng)用.pdf

1、鎂合金作為最輕質(zhì)的金屬結(jié)構(gòu)材料之一，具有比強度高、鑄造成形性好、機械性能和減震性能優(yōu)良、延伸性好、電磁屏蔽能力強和回收容易等一系列優(yōu)點，在汽車減重和性能改善中日益受到人們的重視。但迄今為止，其使用遠遠沒有發(fā)揮其潛在的優(yōu)勢，主要原因在于常用鎂合金大多采用鑄造成形，材料內(nèi)部不可避免地含有大量不同尺度的孔洞與二相夾雜，其微觀組織隨著服役時間的延長而劣化，導(dǎo)致強度和抗蠕變性能大幅度下降，使用壽命縮短。這是包含塑性、蠕變和損傷等及其相互耦合的復(fù)雜

2、過程，它使得相關(guān)的研究受到了學術(shù)界和工程界的普遍關(guān)注。 在本文涉及的研究工作中，利用MTS試驗機對AM50鎂合金在110℃溫度環(huán)境下的力學行為進行了一系列的試驗，系統(tǒng)研究了鎂合金循環(huán)蠕變的變形機理和主要影響因素。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在循環(huán)蠕變過程中，存在明顯的蠕變加速、回復(fù)現(xiàn)象。通過試驗分析了鎂合金的損傷機制，為損傷模型的建立提供了依據(jù)。 在理論方面，基于含內(nèi)變量的不可逆熱力學，通過在由不可逆應(yīng)變和牛頓時間所構(gòu)成的空間中合理地定義

3、廣義時間，引入孔洞型損傷，建立了耗散材料粘彈塑性損傷本構(gòu)模型。與此同時，采用Gurson模型考慮鎂合金在鑄造過程中及由二相粒子脫落等所造成的孔洞型損傷，建立了基于含球形孔洞的有限體積球體的損傷模型，由此建立了混合強化材料的損傷演化規(guī)律。該模型能夠考慮復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下材料的響應(yīng)特性，重要的是，所建立的本構(gòu)模型不以屈服面的存在為基本前提，但可獲得含屈服面的情形作為其特例；在蠕變變形與塑性變形的描述方面，不采用分離型的方法分別對它們進行描述，而

4、將兩種變形均視為由熱激活導(dǎo)致的不可逆變形統(tǒng)一的對其進行描述，從而更有效地描述兩者間的相互作用。 本文發(fā)展了不含屈服面的粘彈塑性損傷本構(gòu)模型的數(shù)值分析方法及計算程序，對鎂合金在循環(huán)載荷作用下的響應(yīng)特性進行了數(shù)值模擬。計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好，表明所建立的損傷本構(gòu)模型能夠較好地描述鎂合金的蠕變加速、回復(fù)等試驗現(xiàn)象。 為了驗證所建立的本構(gòu)模型在多維非比例復(fù)雜加載史下材料響應(yīng)特性分析中的有效性，本文對高溫環(huán)境二維應(yīng)力路徑復(fù)雜加