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Hopkinson拉杆试验的优化与高导无氧铜本构关系及拉伸断裂研究

作　者: 贾存威
导　师: 陈大年
学　校: 宁波大学
专　业: 工程力学
关键词: Hopkinson拉杆优化试验数值模拟动态本构关系动态断裂高导无氧铜
分类号: TG115.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 96次
引　用: 1次
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内容摘要

研究了拉伸Hopkinson试验(TSHB)的优化问题:Hopkinson拉伸试验装置的结构及加载条件明显影响试验结果,其中包括试件的几何形状、试件与杆的连接以及接触边界、应力波的影响。为了可由入射杆与透射杆上测得的应变按Hopkinson试验公式确定出试件中诸力学量,必须进行试验的全过程数值模拟,使试件内应力、应变趋均匀且呈一维应力状态。研究结果表明,试件在给定的拉伸端过渡区情况下,长径比应为1~ 2.5。基于优化的TSHB试验,研究了典型延性材料国产高导无氧铜(OFHC)试件热处理过程以及拉、压非对称性对试件本构关系的影响,分析了热处理前后材料的微观结构变化,以及初始屈服应力差异。经热处理的试件韧性增强,其应力-应变曲线明显不同于不经热处理试件的相应曲线。文中也研究了OFHC材料的动态拉、压本构关系的差异,这种差异随着应变率与应变的增大愈加明显。结果表明,不能用相同的本构模型来描述动态拉、压特性。通过总体全过程的数值模拟,考察所确定的动态拉伸本构关系再现试验结果的可能性。结果表明,所确定的国产OFHC的Z-A型本构模型,其再现TSHB试验的能力优于J-C型本构模型。本文在研究OFHC材料动态本构的同时,实验研究了OFHC杆的冲击拉伸断裂问题,高速摄影与数值模拟的试件变形与非局部化颈缩历史基本一致。然而,基于数值模拟的试件颈缩处横截面直径的变化规律,提出的一种关于局部化颈缩与失效的判据,并不能和试验很好符合。我们认为,局部化颈缩与断裂判据应当建立于计及损伤演化的本构关系上。文中也数值研究了OFHC杆的冲击拉伸断裂机理,采用一种动态计算的空穴单元模型,研究单轴冲击拉伸下空穴的增长与聚集过程,指出以空穴形状演化作为空穴聚集的判据比较符合实验结果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-11
  1.1 选题背景及意义  8
  1.2 研究现状  8-10
  1.3 本文的主要研究内容  10-11
2 Hopkinson拉杆试验的优化  11-25
  2.1 Hopkinson拉杆试验优化的理论依据  11
  2.2 拉杆试验总体全过程数值模拟  11-24
    2.2.1 全过程数值模拟理论  11-12
    2.2.2 冲击动力学基本方程  12-13
    2.2.3 数值模拟  13-15
    2.2.4 试验优化的结果分析  15-24
  2.3 本章小结  24-25
3 OFHC材料动态本构关系的研究  25-39
  3.1 动态测试实验原理  25-28
  3.2 热处理工艺对OFHC材料力学性能的影响研究  28-31
  3.3 OFHC材料动态拉伸和压缩力学性能的对比研究  31-32
  3.4 OFHC材料动态拉伸本构关系的研究  32-38
    3.4.1 OFHC材料动态拉伸本构关系的确定  32-36
    3.4.2 OFHC材料动态拉伸本构关系的检验  36-38
  3.5 本章小结  38-39
4 OFHC拉伸杆试件动态颈缩与断裂研究  39-53
  4.1 OFHC拉伸杆试件动态颈缩与断裂的试验研究  39-42
  4.2 OFHC拉伸杆试件动态颈缩与断裂的数值研究  42-52
    4.2.1 动态拉伸杆颈缩与断裂的机理研究  42-46
    4.2.2 一种新的动态颈缩判据的探讨  46-52
  4.3 本章小结  52-53
5 结论与展望  53-55
  5.1 结论  53-54
  5.2 展望  54-55
参考文献  55-59
附录A LS-DYNA关键词  59-62
在学研究成果  62-63
致谢  63

Hopkinson拉杆试验的优化与高导无氧铜本构关系及拉伸断裂研究

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