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低屈服点钢的动态本构关系及其抗爆吸能性能研究

作　者: 孙涛
导　师: 张春巍；李冀龙
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 低屈服点钢 SHPB实验 Johnson-Cook本构模型塑性耗能流固耦合
分类号: TG142.15
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

低屈服点钢具有比普通结构用钢更低的屈服强度,更好的塑性,其冲击韧性也良好,本文尝试探讨低屈服点钢在通过塑性变形来耗散爆炸冲击能量方面所可能具有的优势。对国产225MPa低屈服点钢AQ225进行了准静态与SHPB实验研究,拟合得到相应的Johnson-Cook动态本构模型,并通过对SHPB实验数值模拟验证模型参数的准确性,进而对低屈服点钢制方板结构在爆炸冲击荷载作用下的动态响应进行数值模拟研究。主要内容包括以下几个方面:首先,运用Instron材料试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装置对AQ225进行了准静态和动态实验研究。得到AQ225在准静态应变率和高应变率下的应力应变曲线,由实验数据拟合得到JC动态模型参数,并估算SHPB实验过程中绝热温升效应的影响程度。其次,对SHPB实验进行数值模拟研究。确定了较为合理的单元尺寸和接触刚度罚因子,将仿真得到的波形与实验波形进行对比,验证低屈服点钢JC模型的准确性。最后,对低屈服点钢用于抗爆吸能方面的可行性进行数值模拟研究。分别利用简化冲击荷载方法和流固耦合方法,得到不同钢材(HQ600、Q345和AQ225)制方板结构的动态力学响应,并运用能量方法对结果进行了分析比较,确定了低屈服点钢通过塑性变形吸收爆炸冲击能量所具有的优势。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-14
  1.1 课题背景及研究目的和意义  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-13
    1.2.1 SHPB实验与数值模拟  10-11
    1.2.2 低屈服点钢研究  11-13
  1.3 本文的研究工作  13-14
第2章低屈服点钢动态本构关系实验研究  14-28
  2.1 引言  14
  2.2 国产225MPa级低屈服点钢力学性能实验  14-20
    2.2.1 准静态实验研究  14-16
    2.2.2 SHPB动态实验研究  16-18
    2.2.3 SHPB实验有效性分析  18-20
  2.3 低屈服点钢动态本构模型拟合  20-26
    2.3.1 参考应变率为4×10~(-4)S~(-1)时JC模型参数  20-24
    2.3.2 绝热温升效应影响分析  24-25
    2.3.3 参考应变率为1s~(-1)时JC模型参数  25-26
    2.3.4 确定C-S模型中参数c、p  26
  2.4 本章小结  26-28
第3章低屈服点钢SHPB实验数值模拟研究  28-48
  3.1 引言  28
  3.2 确定网格尺寸  28-35
  3.3 接触参数确定  35-39
  3.4 SHPB实验数值模拟建模与结果分析  39-46
    3.4.1 建模过程简介  39-42
    3.4.2 SHPB数值模拟结果分析  42-46
  3.5 本章小结  46-48
第4章低屈服点钢抗爆吸能能力数值模拟研究  48-66
  4.1 引言  48
  4.2 简化冲击荷载法数值模拟研究  48-59
    4.2.1 建模过程简介  48-50
    4.2.2 数值模拟结果分析  50-59
  4.3 流固耦合方法数值模拟研究  59-64
    4.3.1 建模过程简介  59-60
    4.3.2 流固耦合分析结果分析  60-64
  4.4 本章小结  64-66
结论  66-67
参考文献  67-70
攻读硕士学位期间发表的学术论文  70-72
致谢  72

低屈服点钢的动态本构关系及其抗爆吸能性能研究

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