金属材料新的动态本构模型

发布时间：2022-10-17 14:53

　　金属材料广泛运用在国防工业和民用工程中,了解金属结构在强载荷作用下的响应和破坏对武器和防护结构的设计和安全评估有着重要的意义。为了研究金属材料在大变形、高应变率、高温等复杂载荷作用下的动态力学行为,建立一个能够描述金属材料在不同加载条件下力学行为的动态本构模型和失效准则变得十分重要。本文的主要内容和创新性成果如下:（1）对Johnson-Cook（JC）本构模型和失效准则的精确性进行了评估。将JC本构模型和失效准则的预测结果和2024-T351铝合金、6061-T6铝合金、OFHC铜、4340钢、Ti-6A1-4V钛合金、Q235软钢这六种金属材料的实验数据进行比较,发现JC本构模型可以较准确地描述中低应变率和中低温度范围内Mises材料的力学行为,对于非Mises材料在较高应变率和较高温度条件下真实应力-真实应变关系的预测结果与实验数据吻合得较差;JC失效准则没有考虑Lode角对断裂应变的影响,不能准确预测金属材料在不同加载条件下的失效行为。采用JC本构模型和失效准则对平头弹正撞2024-T351铝合金靶板进行数值模拟,发现数值模拟结果与实验数据差别较大,进一步说明JC本构模型和失效... 

【文章页数】：153 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 金属本构模型及失效准则的研究进展
        1.2.1 本构模型
        1.2.2 失效准则
    1.3 弹丸撞击金属靶板的研究进展
        1.3.1 实验方法
        1.3.2 理论模型
        1.3.3 数值模拟
    1.4 研究中存在的问题
    1.5 本文的主要工作
第2章 JOHNSON-COOK本构模型评估
    2.1 引言
    2.2 JC本构模型
        2.2.1 模型简介
        2.2.2 参数的确定
    2.3 材料实验数据
        2.3.1 准静态真实应力-真实应变关系
        2.3.2 应变率效应
        2.3.3 温度效应
        2.3.4 失效准则
    2.4 弹道实验数据
    2.5 本章小结
第3章 金属新的动态本构模型
    3.1 引言
    3.2 强度模型
        3.2.1 准静态真实应力-真实应变关系
        3.2.2 应变率效应
        3.2.3 温度效应
    3.3 失效准则
    3.4 本构模型各参数值的确定
    3.5 本构模型预测与材料实验数据比较
        3.5.1 准静态真实应力-真实应变关系
        3.5.2 应变率效应
        3.5.3 温度效应
        3.5.4 失效准则
    3.6 本章小结
第4章 金属动态本构模型的验证
    4.1 引言
    4.2 单单元验证
    4.3 准静态金属圆棒拉伸实验的数值模拟
        4.3.1 有限元模型
        4.3.2 结果与讨论
    4.4 平头弹撞击金属靶板的数值模拟
        4.4.1 有限元模型
        4.4.2 结果与讨论
    4.5 球头弹撞击金属靶板的数值模拟
        4.5.1 有限元模型
        4.5.2 结果与讨论
    4.6 本章小结
第5章 金属靶板抗弹性能的数值模拟
    5.1 引言
    5.2 单层金属靶板抗弹性能
        5.2.1 有限元模型
        5.2.2 结果与讨论
    5.3 零接触等厚双层金属靶板抗弹性能
        5.3.1 有限元模型
        5.3.2 结果与讨论
    5.4 非等厚双层金属靶板抗弹性能
        5.4.1 有限元模型
        5.4.2 结果与讨论
    5.5 间隙双层金属靶板抗弹性能
        5.5.1 等厚间隙双层金属靶板的数值模拟
        5.5.2 不等厚间隙双层靶的数值模拟
    5.6 多层金属靶板抗弹性能
        5.6.1 有限元模型
        5.6.2 结果与讨论
    5.7 能量分析
    5.8 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 本文工作总结
    6.2 未来工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于J-C模型的Q235钢的动态本构关系[J]. 郭子涛,高斌,郭钊,张伟.  爆炸与冲击. 2018(04)
[2]平头弹穿透接触式双层金属板的理论研究[J]. 任善良,文鹤鸣,周琳.  高压物理学报. 2018(03)
[3]基于J-C模型的Q235钢的失效准则[J]. 郭子涛,舒开鸥,高斌,张伟.  爆炸与冲击. 2018(06)
[4]Q235钢材在不同应变率下力学性能的试验研究[J]. 陈俊岭,舒文雅,李金威.  同济大学学报(自然科学版). 2016(07)
[5]镁合金MB2在高应力三轴度下的拉伸破坏行为研究[J]. 贾东,莫军,黄西成,胡文军.  实验力学. 2016(01)
[6]平头弹穿透间隙式双层靶的穿甲模式[J]. 刘兵,陈小伟.  爆炸与冲击. 2016(01)
[7]平头弹丸撞击下薄金属靶板Wen-Jones模型的进一步研究（英文）[J]. 王桂岭,文鹤鸣.  高压物理学报. 2014(04)
[8]Q235B钢Johnson-Cook模型参数的确定[J]. 林莉,支旭东,范锋,孟上九,苏俊杰.  振动与冲击. 2014(09)
[9]卵形弹撞击厚金属靶的侵彻与贯穿[J]. 吴乔国,文鹤鸣.  高压物理学报. 2013(03)
[10]Inconel 625合金Johnson-Cook本构模型的一种改进[J]. 俞秋景,刘军和,张伟红,于连旭,刘芳,孙文儒,胡壮麒.  稀有金属材料与工程. 2013(08)

博士论文
[1]锥头弹丸正撞击下金属靶板破坏模式的理论和数值模拟研究[D]. 孙炜海.中国科学技术大学 2009
[2]薄板冲压回弹仿真计算及应用技术研究[D]. 刘迪辉.湖南大学 2005

硕士论文
[1]平头弹穿透双层金属板的理论与数值模拟研究[D]. 任善良.中国科学技术大学 2018



本文编号：3692279