絕熱剪切帶形成若干問題研究.pdf

1、絕熱剪切是材料在高應變率加載下的重要破壞機制之一，本文通過實驗和有限元模擬結合的方法研究了三種形式的絕熱剪切破壞現(xiàn)象：Ta2鈦金屬圓柱試樣動態(tài)壓縮發(fā)生絕熱剪切破壞、Ta2鈦金屬扁平帽形試樣動態(tài)加載發(fā)生受迫絕熱剪切破壞、電磁驅動鋁合金圓筒向內壓縮發(fā)生多重絕熱剪切失穩(wěn)。通過圓柱動態(tài)壓縮試樣，測得Ta2鈦金屬的動態(tài)壓縮力學性能，擬合得到其Johnson-Cook本構關系模型參數(shù)，圓柱試樣局部化起始發(fā)生在端面靠近邊緣形成環(huán)形起始帶，沿軸向呈45

2、°和135°方向擴展，形成兩個對立交叉圓錐破壞面。通過設計一種扁平帽形試樣，利用數(shù)字圖像相關法，測得剪切區(qū)域內平均剪應變的發(fā)展，確定了局部化起始時刻的應力應變發(fā)展狀況，分析了絕熱剪切帶內的本構關系軟化模型。利用電磁驅動金屬圓筒向內壓縮發(fā)生多重絕熱剪切失穩(wěn)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)剪切帶之間相互影響，數(shù)量和間距等表現(xiàn)出自組織特征。結果表明：絕熱剪切局部化起始發(fā)生在應力開始出現(xiàn)“崩塌”，應變繼續(xù)發(fā)展的時刻，表現(xiàn)為本構關系失穩(wěn)；從應力應變曲線的發(fā)展上看，絕熱

3、剪切局部化起始條件受應變發(fā)展、應變率、環(huán)境溫度等因素綜合影響，局部化起始需要達到某個臨界應變，加載應變率越高，臨界應變值越小，環(huán)境溫度越高，臨界應變值越大；而應力狀態(tài)起著控制局部化起始位置和剪切帶發(fā)展方向的作用。剪切帶一般是沿最大剪應力方向擴展，通過有限元分析，發(fā)現(xiàn)剪切帶內應力快速下降，應變急劇增大；局部化時刻溫度升高一般為300～400℃，但剪切帶形成后，帶內溫度劇烈增加，迅速達到熔點溫度。此外，分析表明擴展速度隨加載應變率增大而增加