45钢动态塑性本构参量与验证(2)

452爆　　炸　　与　　冲　　击　　　　　　　　　　　　　　　第25卷　合较好,材料具有较好的各向同性,基本满足Mises屈服准则。结果同时显示,扭转实验是一种用于测量材料大变形本构关系的理想手段,试件在断裂前均保持均匀变形,不会出现拉伸实验中的颈缩和压缩

[8]实验中的鼓状等不均匀变形所导致的大应变本构测量精度下降的影响。不同温度下的拉伸应力应

变曲线(见图2)显示了材料性能随温度的变化,材料屈服应力随温度上升而下降,到750°C时,不到常温的1/3

。

图Fig.1threestressstates图2静态拉伸屈服应力随温度的变化Fig.2Tensionalyieldstressvarieswithtemperature

2.2　动态实验

　　动态压缩实验是在SHPB系统上进行的,该系统包含共轴安装的3根分别称为撞击杆、输入杆、输出杆的弹性长导杆及相关测试系统。试验过程中,将待测材料试件共轴夹持于输入杆与输出杆之间,撞击杆以某一速度撞击输入杆时,在输入杆内产生一个入射脉冲εi,当应力脉冲到达试件前端面后,试件在该应力脉冲作用下发生变形,与此同时,在输入杆中产生一个反射脉冲εr,而在输出杆中产生一个透射脉冲εt。这些脉冲可以通过分别粘贴在输入杆和输出杆上的应变片来测得。利用一维应力假定和均匀性假定,可以获得试件的应变率εs、应变εs、应力σs随时间的关系,进而得到试件材料在各个应变率下的真应力2真应变关系

2c0 2ctεεσs=Eεt(1)εrd,　　　s=-r,　　　s=-1+ll00 As

式中:c0为压杆的弹性波速;l0为试件的初始长度;l为试件的瞬时长度;E为压杆的弹性模量;A为压杆的横截面积;As为试件的瞬时横截面积。

在实验中采用在输入杆、输出杆上各对称粘贴两片应变片分别测量的方法,可以考察波导杆中的弯曲效应,也可防止某一应变片断线时导致试验无效。同时在实验中使用了输入波形整形技术。图3给出了一发45钢材料的实验测试波形图像。由图可见,在输出杆同一横截面的相对两侧所测得的应变结果基本一致。弯曲效应较小。因此在出现某一应变片断线而未测到波形时,采用另一应变片的单一波形进行分析处理也是有效的。同时通过波形整形,入射波形的振荡减小,使反射和透射波形的振荡也较小,可以提高实验的精度。

-1通过SHPB实验,得到了45钢材料平均应变率范围在100～4000s间的材料动态压缩力学性能。

表1给出了实验得到的屈服应力随应变率变化的结果,图4给出了几个应变率下的真应力2真应变关系

-1的比较。45钢具有较强的应变率效应,平均应变率为4000s左右时,材料的屈服应力是静态的2.3

倍左右。曲线同时显示,材料在不同应变率下的应变强化效应有一定的差异,总体上,高应变率的较低应变率的强化效应弱。