纯铁材料动态力学性能测试及本构模型

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1、航空学报Ｊｕｌ．２５２０１４Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．７２０６３－２０７１ＡｃｔａＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｅｔＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａＳｉｎｉｃａＩＳＳＮ１０００－６８９３ＣＮ１１－１９２９／Ｖｈｔｔｐ：／／ｈｋｘｂ．ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎｈｋｘｂ＠ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎｄｏｉ：１０．７５２７／Ｓ１０００－６８９３．２０１３．０４６０纯铁材料动态力学性能测试及本构模型孔金星１，２，＊，陈辉２，何宁１，李亮１，姜峰３１．南京航空航天大学机电学院，江苏南京２１００１６２．中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳６２１９００３．华

2、侨大学机电及自动化学院，福建厦门３６１０２１摘要：研究纯铁材料的动态力学性能并建立其本构模型是开展纯铁材料工程应用和数值模拟研究的基础，利用Ｉｎ－－３４－１）和应变ｓｔｒｏｎ材料试验机和分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆试验装置，对纯铁材料进行了常温下不同应变率（１０～５×１０ｓ率为１０４－１时不同温度下（２００～８００℃）的动态力学性能测试，获得了各种载荷下的应力－应变曲线。试验结果表明，纯ｓ铁材料的塑性流动应力对应变率和温度非常敏感，具有明显的应变强化效应、应变率强化和增塑效应以及热软化效应。基于Ｐｏｗｅｒ－Ｌａｗ本构方程

3、，通过试验数据拟合得到了纯铁材料的动态本构模型参数，拟合曲线与试验数据吻合较好，表明该模型能较好描述纯铁材料在动态载荷下的力学行为。关键词：纯铁材料；Ｐｏｗｅｒ－Ｌａｗ本构模型；应力－应变曲线；流动应力；高应变率；ＳＨＰＢ中图分类号：Ｖ２６１．７＋５；ＴＧ１１５．５文献标识码：Ａ文章编号：１０００－６８９３（２０１４）０７－２０６３－０９纯铁材料具有优良的塑性、冲击韧性和电磁航天等方面的良好应用具有重要的科学价值，也［３－４］性能，在国防、能源、电子以及航空航天等领域有是开展数值模拟研究的基础。包卫平等通过［１－２］着广

4、泛的应用，例如用于爆炸成型弹丸中的药试验获得了高温（２０～８００℃）、高应变率［３－４］（２０００～８５００ｓ－１）下纯铁材料的应力－应变曲形罩、航空航天仪器仪表、爆轰试验中的飞［５］线，探讨了纯铁材料的热软化效应、应变率强化和片等。金属材料在高速冲击、切削加工等动态载荷作用下将经历高温、高应变和高应变率为特应变强化效应的影响机制，建立了能够预测纯铁征的大塑性变形，动态载荷作用下的材料力学性塑性流变应力的Ｊｏｈｎｓｏｎ－Ｃｏｏｋ本构模型。郭伟［６－７］能与静态载荷下的性能有着显著的区别。在爆国等建立了几种典型体心立方（Ｂ

5、ＣＣ）金属塑轰、高速冲击、切削加工等环境中，材料的流动应性流动应力在不同应变率、不同温度下的本构模力随应变速率的增加而提高、随温度升高而降低，型，得出ＢＣＣ金属的流变应力对应变率和温度非呈现应变率强化效应和热软化效应，而且伴随绝常敏感、但加载历史对流动应力的影响较小的试［８］热过程，力学效应与热学效应耦合在一起。因此验结果。殷雯和郑鸿飞开展了纯铁材料在不建立能够描述纯铁材料在高速变形条件下的动态同冲击速度和不同冲击次数下的动态强化机制力学性能和本构模型，对于纯铁材料在兵器、航空试验，探讨了纯铁材料动态屈服强度上升的微收稿

6、日期：２０１３－０９－０３；退修日期：２０１３－１０－０２；录用日期：２０１３－１１－０５；网络出版时间：２０１３－１１－２１１８：５８网络出版地址：ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．１９２９．Ｖ．２０１３１１２１．１８５８．００４．ｈｔｍｌ＊通讯作者．Ｔｅｌ．：０８１６－２４８７６５４Ｅ－ｍａｉｌ：ｋｊｘｍｃ１０６＠１６３．ｃｏｍ引用格式：ＫｏｎｇＪＸ，ＣｈｅｎＨ，ＨｅＮ，ｅｔａｌ．Ｄｙｎａｍｉｃｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｔｅｓｔｓａｎｄｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｏｆｐｕｒｅｉｒ

7、ｏｎｍａｔｅｒｉａｌ［Ｊ］．ＡｃｔａＡｅｒｏｎａｕｔｉ－ｃａｅｔＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０１４，３５（７）：２０６３２０７－１．孔金星，陈辉，何宁，等．纯铁材料动态力学性能测试及本构模型［Ｊ］．航空学报，２０１４，３５（７）：２０６３２０７－１．万试屋–材料测试方法论文分享小站blog.163.com/test_house２０６４航空学报Ｊｕｌ．２５２０１４Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．７［９］表１纯铁材料的化学成分观机理。杨卓越等的试验结果表明纯铁材料在冲击波作用下的增塑机制是由绝热温升和亚Ｔａｂｌｅ１Ｃｈｅｍｉｃ

8、ａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｐｕｒｅｉｒｏｎｍａｔｅｒｉａｌ结构的不稳定性使得位错不断重新排列。林志ＥｌｅｍｅｎｔＦｅＣＳｉＭｎＮｉ等［１０］研究了高纯α－Ｆｅ在不同温度、不同应变率ｗｔ％＞９９．８０．０１３０．０２８０．０２９０．０３５下的热压缩过程中的显微结构变化及真应力－真ＥｌｅｍｅｎｔＳＣｒＣｕＰＡｌ应变曲