az31镁合金绝热剪切行为数值模拟

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1、沈阳工业大学硕士学位论文AZ31镁合金绝热剪切行为数值模拟TheSimulationOfTheAZ31MagnesiumAdiabaticShearBehavior作者：杨蒙蒙单位：材料科学与工程学院指导教师：刘正教授单位：材料科学与工程学院协助指导教师：毛萍莉教授单位：材料科学与工程学院论文答辩日期：2015年3月1日学位授予单位：沈阳工业大学摘要镁合金是最轻的常用金属材料之一，其密度大概是铝的密度的三分之二，具备高比强度、比刚度以及良好的减震、铸造和切削加工等性能，被誉为“21世纪绿色工程材料”。随着镁合金在汽车、航空航天、军工武器等行业的广泛应用，其动态力学性能也越来越

2、备受关注，而材料在高应变率条件下，其强度与静载条件下具有较大差异。差异的主要产生原因是高应变率下，材料内部产生了绝热剪切带，致使其自身承载能力很大程度的降低，甚至完全丧失。为进一步了解AZ31镁合金绝热剪切带的产生原因以及绝热剪切带内部孔洞和微裂纹之间的关系。本文利用Ansys/Ls-dyna模拟软件对SHPB动态加载过程进行数值模拟，利用试验所得应力应变曲线，拟合粘塑性的Johnson-Cook本构方程中的各项参数；通过弹速计算公式求得数值模拟中子弹的初速度。可视化重现了SHPB动态加载过程中，应力在SHPB装置中的传播方式与过程以及AZ31帽状试样绝热剪切带易发区域的应力

3、应变和温度情况。结合光学显微镜、扫描电镜和透射电镜技术分别对同等试验条件下的AZ31帽状试样进行显微组织观察。综合分析了AZ31帽状试样内部绝热剪切带的产生原因以及绝热剪切带内部组织的形成与演变。实验结果表明，应力在SHPB装置的中以波的形式进行传递，其速度为683.33m/s。应力波抵达帽状试样内外拐点连线区域时首先在内外拐点处汇聚，进而逐渐向中间区域扩展，最终聚集在中间，其最大值为244.5MPa，此时该区域的温度最大值为953.258K。通过显微组织观察发现，AZ31帽状试样应力集中区域产生了绝热剪切带，绝热剪切带内部存在孔洞、微裂纹、等轴晶区域以及相互平行的孪晶带。结

4、合数值模拟和实验结果，可知绝热剪切带内部较高的温度条件推动自身组织内部碎化的细小晶粒以及亚结构进行动态再结晶形成了等轴晶区，等轴晶区域两侧为相互平行的孪晶带。同时在等轴晶的内部存在孔洞和微裂纹，二者的关系是孔洞最先产生，随着时间的推移和载荷的增加，孔洞发生扩展，形成裂纹。关键词：分离式Hopkinson压杆，挤压态AZ31镁合金，帽状试样，Johnson-Cook本构关系，Ansys/Ls-dyna数值模拟IAbstractMagnesiumalloyisoneofthelightestmetalmaterialscommonused,it’sdensityisabouttw

5、o-thirdofthealuminum,ithassmalldensity,highspecificstrengthandstiffness,gooddamping,castingandcuttingperformance,itcanbeeasilyrecycledandknownasthe"21stcenturygreenengineeringmaterials".Withmagnesiumalloyswidelyusedinautomotive,aerospace,militaryweapons,andotherindustries,itsdynamicmechanic

6、sperformanceisbecomingmoreandmoreattention.Thematerialundertheconditionofhighstrainrate,thestrengthisbiggerdifferenceswiththestaticloadconditions.Differencesarethemaincausesofadiabaticshearband,whichisproducedinsideofthematerialsunderthehighstrainratecondition.TheASBcausecarryingcapacityofm

7、aterialgreatlyreduce,orevencompletelylost.ForfurtherunderstandingthereasonofAZ31magnesiumalloyadiabaticshearbandproduceandtherelationshipbetweentheinternalholeandmicrocrack.Inthispaper,Ansys/Ls-dynasimulationsoftwareisusedfornumericalsimulationoftheSHPBd