王学滨
稀有金属材料与工程
根据梯度增强的Johnson-Cook模型,对Ti-6Al-4V绝热剪切带中心区域的宽度(绝热剪切带宽度w5%)随平均塑性剪切应变的演变规律进行了预测.结果表明,随着平均塑性剪切应变的增加,w5%先是快速减小,然后趋于稳定.当绝热剪切带总宽度为0.3235 mm时,w5%的稳定值接近Ti-6Al-4V绝热剪切带宽度的上限(55 μm);当绝热剪切带总宽度为0.0705 mm时,w5%的稳定值接近Ti-6Al-4V绝热剪切带宽度的下限(12 μm).绝热剪切带宽度受多种因素影响,例如,材料特性、加载速度、环境温度、应力及应变状态.本文的分析是在绝热条件下进行的,不存在塑性功率与热传导达到平衡(稳态)的假定.
关键词:
Ti-6Al-4V
,
绝热剪切带
,
宽度
,
平均塑性剪切应变
,
梯度塑性理论
,
Johnson-Cook模型
王学滨
稀有金属材料与工程
认为试样表面的变形场出现不连续性不是绝热剪切带出现的标志,而是形变绝热剪切带进一步发展的结果；在计算绝热剪切带内部的峰值温度时应从局部剪切应变中扣除弹性应变,因为弹性应变不会对塑性功有所贡献.以动态扭转的Ti-6Al-4V试样(TA-50)为例,计算了绝热剪切带内部的峰值温度,其被划分为3部分:环境温度、均匀和非均匀变形引起的温度.在两种条件下(从局部剪切应变中扣除弹性应变与否),计算出的峰值温度分别为669和665℃,其在热回复和再结晶的温度范围之内,未达到相变的温度,比Liao及Duffy的理论计算值(630℃)要高.如果剪切应力-局部塑性剪切应变的关系不能完全确定,适当的近似是必要的.
关键词:
Ti-6Al-4V
,
绝热剪切带
,
峰值温度
,
局部塑性剪切应变
,
剪切弹性模量
,
再结晶
王学滨
稀有金属材料与工程
通过引入与Batra及Kim类似的观点,将绝热剪切带宽度定义为绝热剪切带的中心区域的宽度(W5%),在该区域上温度比其峰值小5%,利用Johnson-cook模型及梯度塑性理论分析Ti-6A1-4V绝热剪切带的厚度随环境温度的演变规律.计算表明,随着环境温度的升高,绝热剪切带宽度增加,这与许多实验观测结果一致.当绝热剪切带的总厚度在上限时,绝热剪切带宽度-环境温度曲线是稍微上凹的;但是,当绝热剪切带的总厚度在下限时,绝热剪切带宽度-环境温度曲线基本上是直线,著名的Dodd及Bai模型无法预测这些新现象.关于绝热剪切带宽度的计算结果非常接近于Liao及Duffy的实测结果.在忽略应变硬化的条件下,采用线性软化模型及梯度塑性理论推导w5%的简化解析式,发现环境温度、密度、热容、软化模量、剪切应力的增加使绝热剪切的敏感性降低,而功热转化因子及抗剪强度的降低使绝热剪切的敏感性降低.
关键词:
Ti-6Al-4V
,
绝热剪切带
,
宽度
,
环境温度
,
梯度塑性理论
,
Johnson-Cook模型
,
绝热剪切敏感性
王学滨
稀有金属材料与工程
通过引入与Batra及Kim类似的论点,将绝热剪切带宽度定义为绝热剪切带的中心区域的宽度(w5%),在该区域上温度比其峰值小5%,利用Johnson-Cook模型及梯度塑性理论分析Ti-6Al-4V绝热剪切带的厚度及应变率的影响.计算表明,在名义应变率的下限(800s-1)及上限(1400s-1)之间,当绝热剪切带的总厚度选取为0.3235及0.0705 mm时,计算结果非常接近于绝热剪切带宽度的上限(55 um)及下限(12 um).当应变率较低时,绝热剪切带较宽.随着应变率的增加,绝热剪切带宽度快速降低.在高应变率时,绝热剪切带宽度基本保持恒定.该理论结果与Dodd及Bai的理论结果有类似之处,与Weerasooriya及Beaulieu针对钨合金的实验结果非常一致,与Klepaczko及Rczaig的数值结果的前半部分相似.
关键词:
Ti-6Al-4V
,
绝热剪切带
,
应变率
,
梯度塑性理论
,
Johnson-Cook模型
王学滨
稀有金属材料与工程
采用梯度塑性理论,考虑了峰值剪切应力之后的材料承载能力缓慢降低的过程及承载能力快速降低的过程,推导了剪切带内部的剪切变形、应变及温度分布的公式.计算了Ti-6Al-4V剪切带内部塑性剪切应变,温度的分布及演变.在剪切带内部,塑性剪切应变及温度分布是高度不均匀的,这种不均匀性随着施加的塑性剪切应变的增加而增加.随着流动剪切应力的降低,剪切带内部的最大塑性剪切应变线性增加,最高温度非线性增加.由于微结构效应,基于梯度塑性理论的剪切带内部的最大塑性剪切应变及最高温度的预测值高于经典理论的预测值.将Ti-6Al-4V剪切带内部的剪切变形及应变的理论结果与根据前人高速摄影实验图片的计算结果进行了对比,理论与实验结果的趋势非常吻合,在数值上,剪切带内部的最大剪切应变的理论值仍低于实测值.
关键词:
Ti-6Al-4V
,
剪切带
,
塑性应变
,
变形
,
温度
,
应变梯度
,
微结构
王学滨
稀有金属材料与工程
提出了利用梯度塑性理论计算Ti-6Al-4V绝热剪切带的局部剪切应变新方法.绝热剪切带的最大局部塑性剪切应变依赖于临界塑性剪切应变、试样的标定长度、绝热剪切带总厚度、绝热剪切带的平均塑性剪切应变.计算表明,随着绝热剪切带总厚度的增加,绝热剪切带的最大局部塑性剪切应变以非线性方式下降.当绝热剪切带总厚度的取值接近1 mm时,尽管确定临界塑性剪切应变的方法不同,但是,绝热剪切带的最大局部塑性剪切应变的计算值差别很小.当绝热剪切带总厚度取值在0.335～1 mm之间时,绝热剪切带的最大局部塑性剪切应变的计算值位于Liao及Duffy(1998)实验结果的下限(75%)和上限(350%)之间.
关键词:
Ti-6Al-4V
,
绝热剪切带
,
梯度塑性理论
,
局部塑性剪切应变
,
标定长度
王学滨
稀有金属材料与工程
基于曲线的最小二乘拟合方法,计算了Ti-6Al-4V绝热剪切带出现时的临界塑性剪切应变.根据梯度塑性理论,获得了绝热剪切带内部的局部塑性剪切变形分布曲线的理论表达式,用于拟合Liao及Duffy的实验数据.在不同的绝热剪切带宽度取值条件下,估算了绝热剪切带出现时的临界塑性剪切应变.当绝热剪切带的宽度取值在1～2 mm时,计算出的临界塑性剪切应变在0.1～0.47之间.绝热剪切带内部的局部变形分布曲线的理论表达式可以很好地描述流线的非线性特征.当绝热剪切带的宽度取值较大时,绝热剪切带内部的流线的理论结果在两端较弯曲；而当其取值较小时,这些流线比较平直,仅稍微弯曲.
关键词:
Ti-6Al-4V
,
绝热剪切带
,
宽度
,
局部变形分布
,
梯度塑性理论
,
最小二乘拟合方法
王学滨
,
杨梅
,
赵扬锋
稀有金属材料与工程
采用能描述非均质性的具有内部长度的梯度塑性理论推导了颈缩区域的非均匀的塑性拉伸应变.描述了颈缩区域的外形轮廓,并计算了当颈缩区域的体积保持不变时的颈缩区域的塑性伸长.由于外形轮廓已被确定,因而导出了真应力的表达式.目前得到的关于真应力-真应变曲线解析解的优越性在于:所需要的参数具有明确的物理意义,如:采用软化模量描述脆性;采用弹性模量描述弹性;采用特征长度描述材料的非均质性;模型中含有标定长度可用于研究结构的尺寸效应等.将目前得到的解析解与前人通过实验得到的钛及Ti-6Al-4V的真应力-真应变曲线进行了对比,验证了本文考虑微小结构效应及局部化颈缩的真应力-真应变曲线的解析解.另外,还发现Ti-6Al-4V的脆性及非均质性要高于商业纯钛.前人试验发现的局部化带在2种材料内部的传播速度的差异可以通过它们具有不同的脆性得到解释.
关键词:
真应力-真应变曲线
,
微结构
,
钛
,
Ti-6Al-4V合金
,
尺寸效应
,
颈缩
,
应变局部化
