圆环纵向冲击压缩变形特性的研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:simon_dai
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在金属工业加工中,圆环件在纵向压缩过程中其内径变化和端面摩擦条件存在密切关系。一些初步的研究表明,在冲击压缩过程中仍然遵循类似的规律,但是动态压缩过程却展现出许多新的现象,动静态压缩过程存在着较明显的差异,造成这种差异的原因是动态压缩过程中材料的应变率效应和圆环结构的惯性效应。   先从理论研究方面对Avitzur方法的求解过程进行了回顾和讨论,并简单介绍了Hill的改进解。然后进行了圆环压缩的MTS实验以及SHPB实验,对准静态实验和动态实验的过程作了一些讨论和分析。动静态实验均表明,随着端面摩擦系数的增大,摩擦效应愈加明显,造成实际测得的流动应力高于理论上的单轴实验值。端面摩擦效应是实验误差的重要来源。然而动态实验中试件表面的摩擦条件在时间空间尺度上是变化的,难以保证整个过程的常摩擦条件,这种不均匀的变化会导致试件前后端面的变形明显不同:并且当试件发生较大的塑性变形时,圆环结构发生塑性失稳,应力应变曲线会出现应力下降段,其原因是横向惯性效应、泊松效应、端面摩擦效应的相互耦合作用。这表明研究圆环的冲击压缩变形特性时应控制试件不至发生过大的塑性变形,通常应控制轴向应变不超过0.3。   基于Johnson-Cook材料模型,利用数值模拟的方法研究了圆环件在动态冲击载荷作用下的压缩变形特性。首先综合研究了材料属性、试件尺寸等对摩擦变形特性曲线的影响,然后得到了动态冲击载荷下的摩擦-变形特性曲线,并与准静态结果进行了比较。研究了不同加载速度、不同应变率敏感系数下的内径变化规律以及对临界摩擦系数的影响。计算结果表明:动态摩擦-变形特性曲线和准静态结果有较大的差异,应变率效应、惯性效应对动态摩擦-变形特性曲线的得出存在影响,并且在这种影响中惯性效应起主导作用,应变率效应的影响则不是很大,临界摩擦系数可以作为试件的内在属性,基本不受这些条件的影响。
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