一种考虑剪切作用机制的Johnson-Cook断裂准则

发布时间：2019-11-27 10:11

【摘要】：基于已有的Johnson-Cook断裂准则,提出了新的考虑剪切作用机制的断裂准则。设计了不同温度、不同应变速率以及不同应力三轴度下的试验,对不同试验条件下的宏观断口进行分析。试验结果表明,随着温度的升高和应变速率的增大,断裂时刻的断裂应变减小。结合有限元模拟,确定了新的断裂准则中的断裂参数,获得了新的断裂准则。利用ABAQUS子程序功能将新的断裂准则嵌入有限元软件,并对高速棒料剪切工艺进行有限元模拟,模拟结果可以较好地表征棒料剪切断口的宏观特征,对比有限元模拟与试验的载荷-位移曲线验证了新的断裂准则的可靠性。
【图文】：

歃?368.9+622.5ε0.487历更大的塑性变形，且在变形的后半阶段，模拟过程中的力的值略高于实际值。图中圆点所示为试验过程中发生断裂时刻所对应的数据点。观察断裂后的拉伸试样可知，发生断裂之前，光滑圆棒拉伸(SmoothＲoundBar，SＲB)试样和缺口拉伸(Not-chedＲoundBar，NＲB)试样均在接近试样中部的区域发生了明显的缩颈。其断面都呈现杯锥形，且在断口中心较为粗糙出现了很多的“窝坑”，这是由于应力三轴度处于较高的水平，材料内部的孔洞发生长大和聚合引发材料失效断裂，从而断口呈现出“窝坑”的形貌。图1圆棒拉伸试验与有限元模拟的载荷－位移曲线Fig.1Load-displacementcurvesofroundbartensionobtainedinexperimentsandFEsimulations图2为扭转试验与模拟的扭矩－转角曲线的对比图。图中圆点所示为试验过程中发生断裂时刻所对应的数据点。光滑圆棒在扭转过程中棒料的直径在经历大变形后未发生很大变化，无缩颈出现。扭转试样的断口显得非常光滑，这是由于扭转状态下，材料的应力三轴度接近于0，断裂以剪切为主，断面非常光滑。图3为板料在不同应变速率下的拉伸试验与模拟的载荷－位移曲线。图中圆点所示为试验过程中发生断裂时刻所对应的数据点。由图可知，在高应变速率下板料拉伸的伸长率略小于低应变速率下板图2圆棒扭转试验与有限元模拟的扭矩－转角曲线Fig.2Torque-anglecurvesofroundbartorsionobtainedinexperimentsandFEsimulations图3不同应变率下板料拉伸试验与有限元模拟的载荷－位移曲线Fig.3Load-displacementcurvesofflatspecimentensionobtainedinexperimentsandFEsimulations料拉伸的伸长率，这是由于在高应变速率下，材料内部孔洞形成、聚合的速率加快，使得材料更早地产生失效断裂。图4

嗤牧夏诓康目锥捶?生长大和聚合引发材料失效断裂，从而断口呈现出“窝坑”的形貌。图1圆棒拉伸试验与有限元模拟的载荷－位移曲线Fig.1Load-displacementcurvesofroundbartensionobtainedinexperimentsandFEsimulations图2为扭转试验与模拟的扭矩－转角曲线的对比图。图中圆点所示为试验过程中发生断裂时刻所对应的数据点。光滑圆棒在扭转过程中棒料的直径在经历大变形后未发生很大变化，无缩颈出现。扭转试样的断口显得非常光滑，这是由于扭转状态下，，材料的应力三轴度接近于0，断裂以剪切为主，断面非常光滑。图3为板料在不同应变速率下的拉伸试验与模拟的载荷－位移曲线。图中圆点所示为试验过程中发生断裂时刻所对应的数据点。由图可知，在高应变速率下板料拉伸的伸长率略小于低应变速率下板图2圆棒扭转试验与有限元模拟的扭矩－转角曲线Fig.2Torque-anglecurvesofroundbartorsionobtainedinexperimentsandFEsimulations图3不同应变率下板料拉伸试验与有限元模拟的载荷－位移曲线Fig.3Load-displacementcurvesofflatspecimentensionobtainedinexperimentsandFEsimulations料拉伸的伸长率，这是由于在高应变速率下，材料内部孔洞形成、聚合的速率加快，使得材料更早地产生失效断裂。图4为光滑圆棒在不同温度下的拉伸试验与模拟的载荷－位移曲线。图中圆点所示为试验过程中发生断裂时刻所对应的数据点。比较两种不同温度下的断口形貌可以看出，随着温度的提升，断口截面积越大，材料的塑性越差。断口周围所呈现的光滑区域的面积有略微的提升，这是由于随着温度的提升，材料逐渐进入蓝脆区，并且在蓝脆区发生断裂可以获得较为光滑的断面质量，因此，断口周围光滑区域的面积呈现增大的趋势。在ABAQUS后处理中选取试样?

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