航空钛合金高应变率条件下SHPB压杆实验与仿真

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TC4(Ti-6Al-4V)具有比强度高、耐高温、耐腐蚀和传热性差的特点,被广泛应用于航空工业中。结合有限元方法,研究TC4在高应变率、高温条件下的力学性能,是现在很多学者的研究内容。SHPB实验基于一维应力波理论,被广泛应用于研究各种材料的力学本构模型。本文借助SHPB实验,对TC4的力学模型进行研究。ABAQUS软件是一款功能强大的商用有限元软件,本文使用ABAQUS/Explicit对TC4的SHPB实验进行了仿真。本文的主要研究内容如下:(1)本文对TC4进行了应变率为0.01s-1、温度范围为20~700℃的准静态压缩试验,应变率分别为2500s-1和4000s-1、温度范围为20~900℃的SHPB实验,实验中采用温度控制装置,严格控制材料的实验温度,获得了材料在不同温度、不同应变率条件下的应力-应变曲线。实验研究发现,航空钛合金TC4材料的屈服强度在应变率基本不变的情况下,随着温度的升高而降低;在温度基本相同的情况下,随着应变率的升高,材料的应力增大。(2)应用Matlab软件和遗传算法,建立目标函数,编写优化程序,优化得到航空钛合金TC4的J-C本构模型参数,并对本构模型进行了数值验证。(3)使用ABAQUS有限元平台,建立了航空钛合金TC4的SHPB实验的仿真模型,将仿真结果与实验结果进行对比研究。研究发现,在温度为20~900℃、应变率为2500~4000s-1的范围内,建立的J-C模型能很好的反映材料的动态力学性能。
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