45钢动态塑性本构参量与验证(4)

454爆　　炸　　与　　冲　　击　　　　　　　　　　　　　　　第25卷　

[9]式中:η为塑性功转化成热的因子,取为0.9;ρ为材料密度;cp为材料比定压热容。

通过静态实验和SHPB实验获得的屈服点2应变率关系拟合参数A、C;通过静态高温实验,拟合得到m;由于材料静动态应力应变曲线表现出不同的强化规律,与J2C模型所描述的强化效应有一定的差异,虽然有研究人员对此提出了修正模型,考虑所得本构主要用于冲击问题的数值模拟,仍采用J2C模型原有的形式,但主要通过动态实验曲线,将A、C代入,同时计及(3)的温升和上一步得到的温度软化参量,进行拟合可得到B、n。

-1取参考应变率为1s,对静动态实验结果用最小二乘法拟合得到了J2C模型参量:A=507MPa,B

=320MPa,n=0.28,C=0.064,m=1.06。[2]

4　本构方程的实验验证

　　由于材料性能实验采用的是简单加载,并且所测试的应变范围有一定的限制,而在工程结构受到冲击载荷作用时,可能发生不断的加、卸载过程以及应力状态的变化,同时可能发生非常大的塑性变形。因而,由性能实验确定材料模型参数以后,构是非常必要的。Taylor圆柱撞击是非常适合的一类验证实验,材料变形包括了

5-一个大范围的应变率和应变,这些实验可提供超过10。而且,也经历

了系列应力状态。Taylor,但不能预计试件的形

状,而在这方面,。

　　运用25。试件尺寸为 25mm×100mm,通,并观测试件撞击的状态。实验速度范围控制在150～300m/s,更低的速度下试件的变形不明显,而在更高的速度下试件将出现破碎。高速摄影和回收后的弹体显示撞击状态保持为垂直撞击,结果具有较好的对称性。图5给出了实验原始试件及3种撞击速度下的残余试件的照片,图6为照片中4发试件重叠到一起的外形比较。在距弹尾端40mm处即可测量到弹体的膨胀变形,弹体撞击端出现蘑菇形墩粗,并且速度越高越明显。在290m/s的速度撞击情况下,试件长度方向压缩23mm,试件直径最大膨胀到48mm。

运用LS2DYNA对实验进行了数值模拟,试件材料模型采用Johnson2Cook关系,参数为前述材料实验拟合结果。图7给出了3种速度下数值模拟的原始单元网格和撞击结束后的最终变形,试件中的应变呈不均匀分布,在3种速度下的最大塑性变形分别为0.636、1.11、2.04,位于试件撞击端中心部位。图8为数值模拟与实验所得的试件外形比较,二者的变形特征是一致的,在长度和径向的变形均符合得较好,表明所得材料本构模型参量在变形远大于材料性能实验的情况下,能够较好地描述材料在高速变形下的力学性能

。

图5试件照片

Fig.5Photoofspecimen图6试件形状比较Fig.6Comparisonofspecimenshape