AZ31B镁合金冲击动态力学行为的实验和本构模型研究

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1、*国内图书分类号：O344.1密级：公开国际图书分类号：539.5西南交通大学研究生学位论文AZ31B镁合金冲击动态力学行为的实验和本构模型研究年级：2013级姓名：谢奇峻申请学位级别：博士学位专业：固体力学指导老师：康国政教授朱志武教授二零一八年六月ClassifiedIndex:O344.1U.D.C:539.5SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationExperimentalandConstitutiveModelStudyonImpac

2、tDynamicMechanicalBehaviorofAZ31BMagnesiumAlloyGrade:2013Candidate:QijunXieAcademicDegreeAppliedfor:DoctorDegreeSpecialty:SolidMechanicsSupervisor:ProfessorGuozhengKangProfessorZhiwuZhuJune，2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或

3、机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：日期：西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写

4、过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：1.对AZ31B镁合金进行了宏微观实验研究，采用透射电镜对镁合金动态变形的位错形态进行了观察，揭示了镁合金动态变形的微观机理。2.基于位错动力学理论、晶体塑性理论及热激活框架分别建立了镁合金的动态本构模型，提出了以位错滑移和孪晶竞争机制主导的塑性变形，引入了晶体塑性理论中应变率敏感度控制项，同时将孪生和位错滑移引入到热激活框架中。学位论文作者签名：日期：西南交通

5、大学博士研究生学位论文第I页摘要镁合金是目前世界上可工程化应用的轻金属结构材料之一，大规模应用于航空航天、汽车构件、电子产品等领域，在其服役过程中不可避免会受到冲击载荷的作用。数值模拟技术是目前研究材料及结构在爆炸、高速冲击等动态载荷作用下力学行为的重要研究手段之一，而数值模拟技术中最为关键的问题是如何获得一个能真实反映材料响应的本构模型。然而，由于镁合金的晶体结构导致其微观变形机理十分复杂，其冲击动态本构模型的构建非常困难。近年来，已有不少学者基于对镁合金的冲击动态实验研究结果，建立了镁合金的冲击动态

6、本构模型，然而已建立的模型主要是宏观唯象模型，缺乏对材料微观物理机理的考虑，预测能力有限。虽然也有少部分镁合金动态本构模型是基于微观变形机理来建立的，但这些模型依旧存在着变形机制考虑不完善、应变率敏感度考虑不合理等问题。可见，目前镁合金的冲击动态本构模型研究还不够完善，有很大的局限性。为此，针对已有研究的不足，本文将对当前使用极为广泛的AZ31B镁合金进行系统的冲击动态力学实验研究，并基于实验研究结果建立镁合金的冲击动态本构模型。本文开展的创新性工作如下：1)对AZ31B镁合金进行了系统的准静态和冲击动

7、态力学实验研究，揭示其宏观力学行为：首先采用MTS材料试验机对AZ31B镁合金进行了一系列的准静态单轴拉伸和压缩实验，获得了AZ31B的准静态拉伸和压缩应力-应变曲线，用以与冲击动态力学测试结果进行对比；然后，采用分离式霍普金森压杆（SHPB）装置对AZ31B镁合金进行了室温和高温冲击压缩加载实验，采用分离式霍普金森拉杆（SHTB）对AZ31B镁合金进行了室温冲击拉伸加载实验，研究了应变率、温度等对AZ31B镁合金冲击动态应力-应变响应的影响。2)对AZ31B镁合金进行了显微观察，研究其冲击动态变形的微

8、观机理：首先采用扫描电镜对AZ31B镁合金冲击加载后的断口进行了观察，分析冲击载荷作用下镁合金的破坏机理；然后采用金相显微镜观察了AZ31B镁合金动态变形前后的金相组织变第II页西南交通大学博士研究生学位论文化，分析温度、应变率等对镁合金变形前后金相组织的影响；最后采用透射电镜对AZ31B镁合金动态变形前后的位错形貌进行了观察，分析温度、应变量等因素对AZ31B镁合金位错运动的影响。3)基于实验研究结果总结了镁合金冲击动态变形的微观机制，针