晶粒尺寸和应变速率对紫铜力学性能与变形行为的影响研究

发布时间：2021-01-25 14:21

　　近年来,微型零件的制造需求日益增长,传统准静态微塑性成形工艺发展更为成熟,激光成形、电磁成形等动态微塑性成形工艺不断涌现。随着零件尺寸的减小和加载速率的提高,材料力学性能和变形行为的尺度效应和应变速率效应更显著,进而影响工艺的实施和微型零件的成形质量。本文以T2紫铜为实验材料,分别进行了准静态下的微拉伸、微压缩试验和高应变速率下的分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bars,SHPB）试验,分析了试样特征尺寸、初始晶粒尺寸和应变速率对T2紫铜材料力学性能的影响。基于上述三种试验得到的真实应力-应变曲线,建立了考虑晶粒尺度效应的材料本构模型。通过准静态微弯曲和激光冲击微胀形工艺实验,验证了本构模型的适用性。本文主工作及结论如下:（1）使用厚度为100～500 μm的紫铜箔板进行了准静态微拉伸试验,研究了试样初始晶粒尺寸和试样厚度对材料真实应力-应变曲线和屈服强度、断后伸长率等力学指标的影响。结果表明:随试样初始晶粒尺寸减小,断后伸长率增大,屈服强度和流动应力表现出“越小越强”的尺度效应,且初始晶粒尺寸与流动应力满足Hall-Petch关系。随试样厚度减小... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：106 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 金属材料力学性能的尺度效应和应变速率效应概述
        1.2.1 晶粒及特征尺度效应
        1.2.2 应变速率效应
    1.3 本构模型概述
    1.4 微塑性成形工艺中的尺度效应概述
    1.5 目前研究存在的主要问题
    1.6 本文研究内容
第二章 紫铜微细坯料准静态力学性能的尺度效应研究
    2.1 引言
    2.2 紫铜准静态微拉伸试验及其尺度效应研究
        2.2.1 试验材料与制备方法
        2.2.2 试验设备及方法
        2.2.3 试验结果及分析
    2.3 紫铜准静态微压缩试验及其尺度效应研究
        2.3.1 试验材料与方法
        2.3.2 试验结果及分析
    2.4 本章小结
第三章 基于SHPB技术的紫铜动态压缩力学性能研究
    3.1 引言
    3.2 SHPB试验方法
        3.2.1 SHPB试验原理
        3.2.2 试验材料
        3.2.3 试验设备
        3.2.4 试验数据处理
    3.3 试验结果和分析
        3.3.1 试样形貌
        3.3.2 应变速率硬化效应
        3.3.3 高应变速率下的晶粒尺度效应
    3.4 本章小结
第四章 考虑晶粒尺度效应的紫铜本构模型建立方法及对比
    4.1 引言
    4.2 幂函数模型
        4.2.1 幂函数模型及应变硬化指数
        4.2.2 准静态微拉伸试验的Hollomon关系
        4.2.3 准静态微压缩试验及SHPB试验的Hollomon关系
    4.3 考虑晶粒尺度效应的幂函数模型
        4.3.1 幂函数模型的建立
        4.3.2 基于准静态微拉伸试验的幂函数模型
        4.3.3 基于SHPB试验的幂函数模型
    4.4 指数函数模型
        4.4.1 指数函数模型的建立
        4.4.2 考虑晶粒尺度效应的指数函数模型
    4.5 本章小结
第五章 考虑晶粒尺度效应的紫铜本构模型验证
    5.1 引言
    5.2 微弯曲实验与准静态本构模型验证
        5.2.1 实验材料与方法
        5.2.2 实验结果与分析
        5.2.3 准静态本构模型验证与分析
    5.3 激光冲击微胀形实验与动态本构模型验证
        5.3.1 实验材料与方法
        5.3.2 实验结果与分析
        5.3.3 动态本构模型验证与分析
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间完成的学术论文
学位论文评阅及答辩情况表


【参考文献】：
期刊论文
[1]多脉冲激光冲击微胀形的成形极限及断裂模式[J]. 刘铮,郑超,宋立彬,季忠.  中国激光. 2019(03)
[2]中高应变率条件下TC18钛合金动态力学行为的实验研究[J]. 冉春,陈鹏万,李玲,张旺峰.  兵工学报. 2017(09)
[3]T2铜的动态力学性能及本构关系[J]. 江德斐,林国标,舒大禹,陈强.  中国有色金属学报. 2016(07)
[4]铜合金微塑性成形力学性能及其本构关系[J]. 李萍,赵宾,薛克敏.  固体力学学报. 2015(05)
[5]动态冲击载荷下无氧铜的力学性能研究[J]. 刘清风,程鑫,王宁昌,姜峰.  机械强度. 2015(04)
[6]激光加工技术的应用现状及发展趋势[J]. 唐霞辉.  金属加工(热加工). 2015(04)
[7]高应变率拉伸加载下无氧铜的本构模型[J]. 汤铁钢,刘仓理.  爆炸与冲击. 2013(06)
[8]纯铜微镦粗过程尺寸效应的试验研究[J]. 王广春,郑伟,姜华,姜正义.  机械工程学报. 2012(14)

博士论文
[1]微厚度板料成形数值模拟建模及弯曲回弹的尺寸效应研究[D]. 林晓娟.山东大学 2014
[2]铜箔力学性能的尺寸效应及微拉深成形研究[D]. 周健.哈尔滨工业大学 2010
[3]微/介观尺度下薄板成形建模分析与实验研究[D]. 彭林法.上海交通大学 2008

硕士论文
[1]紫铜箔材激光冲击微胀形/微冲孔工艺尺度效应实验研究[D]. 张秀.山东大学 2018
[2]T2紫铜波纹板微模压成形工艺研究[D]. 吕玉龙.哈尔滨工业大学 2017
[3]316L不锈钢力学性能研究[D]. 黄超.哈尔滨工程大学 2016
[4]2A12铝合金本构关系实验研究[D]. 李春雷.哈尔滨工业大学 2006



本文编号：2999372