拉扭组合加载下HRB400E钢的后继屈服行为与各向异性屈服面模型
发布时间：2020-04-15 06:00
【摘要】：工程构件的破坏经常是由金属材料的失效引起的,为确保金属构件的安全服役,需透彻了解构件和结构在各种复杂加载历史作用下的塑性变形的规律。材料的塑性变形由后继屈服面和硬化过程决定,后继屈服面演化分析是研究材料塑性变形规律的最有效手段,合理的屈服面函数是塑性屈服和流动研究的基础。塑性变形诱导金属材料产生的各向异性特征与加载历史密切相关,是亟待解决的科学问题。本文以HRB400E钢为研究对象,采用薄壁圆管试样对比例和非比例拉扭组合加载路径下材料的后继屈服特性和塑性流动规律进行了试验研究,发展了一种新的各向异性屈服面理论模型,并考察分析了本文提出的各向异性本构模型对T2纯铜和45号钢后继屈服面行为的描述能力。本文主要研究工作及结论如下:1.对0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%和1%八种应变幅下的循环试验分析表明,HRB400E钢呈现循环软化和循环稳定特性,较低应变幅下循环稳定较慢,较高应变幅下循环稳定较快。循环后的拉伸弹性模量略有下降,拉伸强度、断裂应变和断裂模式无明显变化,为典型的韧性断裂特征。循环后HRB400E钢在较低应变幅下屈服极限降低,较高应变幅下屈服极限升高。2.经历预拉伸、预扭转和预拉扭三种比例加载历史下基于不同平移应变确定的HRB400E钢后继屈服面形状相似,随着平移应变的增加拉剪应力平面上屈服面尺寸逐渐增大。不同平移应变确定的屈服面在预加载方向上基本相切,主要沿预加载相反方向膨胀。后继屈服面形状与预加载方向相关,沿预加载方向后继屈服面呈现“前后平坦,前小后大”特征。预拉伸加载下的后继屈服面沿加载方向略微外凸;预扭转、预拉扭后的屈服面沿加载方向略微内凹。3.在六种拉扭应变组合折线预加载作用下,HRB400E钢的后继屈服面呈现显著的各向异性变形特征,随着平移应变的增大而屈服面不断膨胀,形状基本不变。不同平移应变定义的屈服面在预加载方向上基本相切,主要沿与预加载相反方向膨胀,呈现非线性硬化特征。先拉后拉扭路径下的后继屈服面,沿预加载方向呈现“前尖后平”特征;其他五种双折线拉扭组合预加载作用下,后继屈服面形状呈现“卵石”特征。4.六种双折线拉扭组合预加载作用下,试验塑性应变流动方向与正交方向均有一定偏离,两方向夹角的大小在屈服面不同屈服点处具有显著的分散性。随着平移应变的增大后继屈服面的塑性流动方向与正交方向偏离角整体上减小。5.在Chaboche循环塑性理论基础上,考虑加载历史和重新加载过程中材料的硬化行为,通过在Chaboche循环塑性模型的等向硬化项中引入各向异性畸变屈服函数,发展了一个新的各向异性本构模型,并推导了率相关各向异性本构模型的隐式积分算法和切线刚度矩阵。通过ABAQUS的UMAT材料用户子程序接口,对HRB400E钢、T2纯铜和45号钢在预比例加载下的后继屈服和硬化过程进行了模拟。模拟结果与试验结果的对比表明,该模型不仅能够描述三种金属材料比例预加载条件下后继屈服面的各向异性特征,而且能够模拟再加载时各向异性屈服面逐渐向各向同性屈服面的演化过程。本文发展的各向异性本构模型能够合理地描述三种金属材料在预比例加载后的各向异性屈服特征,为研究其他金属材料的后继屈服和硬化行为奠定了理论分析基础。
【图文】：
Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ邋ｍｅｔｈｏｄｓ邋ｆｏｒ邋ｙｉｅｌｄ邋ｐｏｉｎｔ逡逑屈服定义的方法对得到的屈服面有着明显的影响。ＰｈｉｌｌｉＰｓ［２］建议的最常用的有三种逡逑定义方法：回推法、比例极限法和偏移应变法（如图１－１所示）。回推法是用应力－应变逡逑曲线的线弹性段的延长线和平直硬化段的延长线的交点来定义，比例极限法定义的屈服逡逑点是在偏离应力－应变曲线的线性段的位置，偏移应变法定义屈服点是预定义卸载后残逡逑余应变的大小，对应的卸载应力即为屈服应力。很多金属（例如：软钢）在应力－应变逡逑曲线上有明显的屈服点，但是铝和不锈钢等金属的应力－应变曲线上没有屈服台阶，曲逡逑线是非线性的。对于有明显屈服点的应力应变曲线，，一般采用比例极限法确定屈服应力；逡逑对于没有明显屈服过程的应力应变曲线，一般采用偏移应变法确定其屈服应力。基于不逡逑同的设计要求，偏移应变的取值范围较广，一般介于之间。回推法一般对逡逑应最大屈服应力定义
和非比例预加载试验，比例加载路径包括预拉伸、预扭转和预拉扭组合加载，后继屈服逡逑面表现为平移、收缩（低硬化材料）和膨胀（高硬化材料）和变形，沿预加载方向呈现逡逑“尖角纯尾”，如图１－２所示。逡逑＾．Ｔｏｒｓｉｏｎ逦，逡逑ｉ邋：：；逦ｓ：：}牐撸蝈义希保埃埃危唬憾危海恚
本文编号：2628219
【图文】：
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和非比例预加载试验，比例加载路径包括预拉伸、预扭转和预拉扭组合加载，后继屈服逡逑面表现为平移、收缩（低硬化材料）和膨胀（高硬化材料）和变形，沿预加载方向呈现逡逑“尖角纯尾”，如图１－２所示。逡逑＾．Ｔｏｒｓｉｏｎ逦，逡逑ｉ邋：：；逦ｓ：：}牐撸蝈义希保埃埃危唬憾危海恚
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