金屬材料后繼屈服面演化的實(shí)驗(yàn)與晶體塑性數(shù)值研究.pdf

1、承受復(fù)雜荷載的金屬結(jié)構(gòu)在服役過(guò)程中不可避免會(huì)產(chǎn)生塑性變形，需要透徹了解金屬材料在復(fù)雜加載條件下的塑性行為并建立合理的本構(gòu)模型，以確保服役安全。要合理準(zhǔn)確地計(jì)算塑性變形，很大程度上要依賴(lài)屈服面能否得到合理描述。但是大量研究表明，經(jīng)典宏觀本構(gòu)模型對(duì)塑性變形過(guò)程中屈服面的演化及與之相關(guān)的塑性流動(dòng)規(guī)律的描述，與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果是有很大差異的，因此為能更好地描述金屬結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的塑性破壞行為，有必要進(jìn)行更深入的研究。
　　為測(cè)試材料經(jīng)歷不同

2、預(yù)變形的后繼屈服面，探討其演化規(guī)律，本文采用純銅薄壁圓管試樣，分別采用單試樣法和多試樣法從不同測(cè)點(diǎn)數(shù)目、測(cè)試順序、不同指定平移應(yīng)變?cè)斐傻挠绊懸约皩?shí)測(cè)屈服面出現(xiàn)內(nèi)凹現(xiàn)象等方面進(jìn)行了研究，并分析了兩種測(cè)試方法的合理性與有效性。在此基礎(chǔ)上，采用Chaboche宏觀塑性本構(gòu)模型模擬多試樣法測(cè)試后繼屈服面，探討其對(duì)屈服面描述的適用范圍、不足與局限性;采用能反映Bauschinger效應(yīng)的晶體塑性本構(gòu)模型，結(jié)合滿(mǎn)足周期性邊界條件的代表性單元模型及能

3、反映多晶材料變形特征與真實(shí)試驗(yàn)相一致的整體試樣有限元模型，來(lái)模擬單試樣法和多試樣法實(shí)測(cè)屈服面過(guò)程，對(duì)采用薄壁圓管試件測(cè)試后繼屈服面從實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬上都出現(xiàn)內(nèi)凹，與經(jīng)典塑性理論由Drucker公設(shè)導(dǎo)出屈服面外凸的基本推論相違背這一問(wèn)題及原因進(jìn)行探討分析;分別從材料微元及結(jié)構(gòu)性整體試件兩種不同尺度上進(jìn)行塑性行為分析的數(shù)值研究。
　　研究主要取得了以下進(jìn)展:
　　1.通過(guò)系統(tǒng)的單試樣法和多試樣法測(cè)試研究，發(fā)現(xiàn)無(wú)論采用哪種方法，實(shí)測(cè)

4、后繼屈服面都與經(jīng)典塑性理論建議的屈服面都有很大差異。
　　2.發(fā)現(xiàn)兩種方法測(cè)得的后繼屈服面的形狀和大小也有明顯差異，單試樣法測(cè)試結(jié)果對(duì)測(cè)試點(diǎn)數(shù)、路徑和順序很敏感，而多試樣法測(cè)試結(jié)果則不會(huì)受到以上因素的影響，在試樣間材質(zhì)差異較小的情況下，用多試樣法測(cè)試比單試樣法更合理、可靠。
　　3.測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)Chaboche模型能夠描述后繼屈服面在應(yīng)力空間的移動(dòng)和脹縮，但無(wú)法反映小平移應(yīng)變來(lái)定義的屈服面形狀（曲率）的改變，對(duì)于用較大平移應(yīng)

5、變來(lái)定義的后繼屈服面的演化，用經(jīng)典Chaboche宏觀塑性本構(gòu)模型來(lái)描述是可以接受的。
　　4.采用代表性單元體模型結(jié)合晶體塑性計(jì)算對(duì)T2純銅進(jìn)行在不同單調(diào)預(yù)加載及循環(huán)加載下的多試樣法后繼屈服面模擬測(cè)試，再現(xiàn)了與實(shí)測(cè)相同的后繼屈服面的演化規(guī)律，但模擬所測(cè)試的后繼屈服面不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)凹現(xiàn)象。結(jié)論與經(jīng)典塑性理論由Drucker公設(shè)在均勻材料基礎(chǔ)上導(dǎo)出屈服面外凸的推論是相吻合的。
　　5.采用空心薄壁圓管整體試件有限元模型結(jié)合晶體塑性

6、計(jì)算對(duì)不同預(yù)加載的單試樣法與多試樣法后繼屈服面測(cè)試進(jìn)行的模擬可再現(xiàn)真實(shí)試驗(yàn)過(guò)程，模擬后繼屈服面測(cè)試的演化過(guò)程與實(shí)測(cè)一致，都出現(xiàn)了與經(jīng)典塑性理論相悖的內(nèi)凹現(xiàn)象.
　　6.整體試件模型晶體塑性模擬測(cè)試與真實(shí)試件實(shí)測(cè)的后繼屈服面不滿(mǎn)足外凸性，而多晶單元體模型模擬測(cè)試結(jié)果在“屈服面外凸”這一點(diǎn)與經(jīng)典塑性理論一致，表明薄壁圓管試件測(cè)試后繼屈服面出現(xiàn)內(nèi)凹主要是試件的結(jié)構(gòu)響應(yīng)所導(dǎo)致。
　　這一研究證實(shí)了采用晶體塑性本構(gòu)模型模擬能再現(xiàn)屈服面