一種鋁合金熱彈塑性變形模擬用本構(gòu)模型的建立方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及材料分析技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋁合金熱彈塑性變形模擬用本構(gòu)模 型的建立方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 7A52鋁合金是我國自行研制的AI-Zn-Mg-Cu系鋁合金，由于該鋁合金具有比重小、 強度高和可焊接等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于航天、航空、核能、化工容器及軍事工業(yè)等各個領(lǐng)域。 但是，在7A52鋁合金實際工程應(yīng)用中，如機械加工、快速鍛造、熱處理以及對其進行焊后表 面硬化的超聲沖擊處理過程中，材料會發(fā)生很大變形，變形速率可達l〇4s<以上，溫度有時 可達到500°C數(shù)量級，因此，研究7A52鋁合金在不同加載條件下的力學(xué)行為對于其在復(fù)雜載 荷下的應(yīng)用(如高速撞擊、金屬加工及成型等)具有十分重要的意義。
[0003]本構(gòu)模型是描述材料變形規(guī)律的一種數(shù)學(xué)模型，它在數(shù)值分析中作為輸入數(shù)據(jù)來 模擬特定載荷下材料的響應(yīng)，因此，本構(gòu)方程的精確程度直接影響模擬精度。材料的流動應(yīng) 力與變形程度、應(yīng)變速率、變形溫度、材料的組織結(jié)構(gòu)和合金化學(xué)成分等因素有關(guān)。因此，對 新材料開展高溫流變行為的研究，了解材料熱變形的物理規(guī)律，建立本構(gòu)方程，對于材料熱 加工工藝的確定以及金屬塑性變形理論的研究均具有重要意義。
[0004]由于有限元分析軟件只能輸入材料在某溫度、應(yīng)變以及應(yīng)變率下的流動應(yīng)力的一 些試驗數(shù)據(jù)點，然后通過插值和外推方法推算材料在其它溫度、應(yīng)變和應(yīng)變率的流動應(yīng)力 模型。事實上，很多材料在不同溫度、應(yīng)變和應(yīng)變速率范圍內(nèi)的應(yīng)力變化非常大，采用插值 和外推法得到的流動應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系嚴(yán)重影響有限元計算精度，并且用于確定一條流動應(yīng)力 曲線的數(shù)據(jù)點很少，會使數(shù)值模擬的結(jié)果和試驗所得結(jié)果相差很大，隨著變形的增大，流動 應(yīng)力的誤差也逐漸增大，尤其是在超聲沖擊過程中，材料產(chǎn)生較大的塑性變形，使用不準(zhǔn)確 的材料模型會影響整個模型的數(shù)值計算精度。因此，必須建立準(zhǔn)確的材料模型以保證有限 元模擬的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種可以確保模擬精度的鋁合金熱彈塑性變形模擬用本 構(gòu)模型的建立方法。
[0006]本發(fā)明由如下技術(shù)方案實施:一種鋁合金熱彈塑性變形模擬用本構(gòu)模型的建立方 法，其依次包括如下步驟：（1)選擇本構(gòu)模型；（2)確定模型參數(shù)；（3)將各參數(shù)代入本構(gòu)模型 方程式中，確定本構(gòu)模型方程式；
[0007] 所述步驟（1)選擇本構(gòu)模型，選用Johnson-Cook本構(gòu)模型，所述的Johnson-Cook本 構(gòu)模型主要有三個部分的乘積組成:應(yīng)變硬化項、應(yīng)變率硬化項和溫度軟化項，用如下公式 表不：
[0008]
[0009] 式中：oSVon-Mises等效流動應(yīng)力；
[0010]A代表材料室溫時的屈服強度；
[0011] B為加工硬化模量；
[0012] n為硬化指數(shù)；
[0013] m為溫度軟化系數(shù)；
[0014]C為應(yīng)變率常數(shù)；
[0015]ε為等效塑性應(yīng)變；
[0016] &為等效塑性應(yīng)變率；
[0017] 為應(yīng)變率參考值；
[0018] To為參考溫度；
[0019] Tm為材料的熔點溫度；
[0020] 所述步驟（2)確定模型參數(shù)，通過鋁合金常溫下準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗確定所述屈服強 度A、所述加工硬化模量B、所述硬化指數(shù)η，通過錯合金的Gleeble熱模擬拉伸試驗確定所述 溫度軟化系數(shù)m和所述應(yīng)變率常數(shù)C。
[0021] 進一步的，所述鋁合金常溫下準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗:在室溫的條件下，利用鋁合金在電 子萬能拉伸試驗機上進行應(yīng)變率為Ο.Ι?Γ1的準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗，通過所述準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗得 到力-位移曲線，然后將所述力-位移曲線通過轉(zhuǎn)換公式計算轉(zhuǎn)換為真實應(yīng)力-真實應(yīng)變試 驗曲線，根據(jù)所述真實應(yīng)力-真實應(yīng)變試驗曲線確定材料室溫時的屈服強度Α，通過所述準(zhǔn) 靜態(tài)拉伸試驗過程中所得的試驗數(shù)據(jù)通過最小二乘法擬合，最終得到加工硬化模量Β和硬 化指數(shù)η。
[0022] 進一步的，所述鋁合金的Gleeble熱模擬拉伸試驗:對鋁合金在應(yīng)變率Ο.Ι?Γ1分別 對應(yīng)溫度為200°C、300°C、350°C、400°C以及在溫度為300°C分別對應(yīng)應(yīng)變率為1 的 情況下進行拉伸試驗，通過數(shù)理統(tǒng)計軟件OriginPro8進行回歸系數(shù)的統(tǒng)計分析，最終得到 溫度軟化系數(shù)m和應(yīng)變率常數(shù)C。
[0023] 本發(fā)明的優(yōu)點:此本構(gòu)模型的建立填補了 一直以來用數(shù)值模擬方法對7A52鋁合金 熱機加工所用到的材料力學(xué)性能與溫度之間關(guān)系的空白，提高了7A52鋁合金熱彈塑性變形 模擬的精確度，為7A52鋁合金熱加工工藝的確定以及金屬塑性變形理論的研究奠定重要基 礎(chǔ)，對7A52鋁合金的實際應(yīng)用具有重要意義。
【附圖說明】：
[0024] 圖1為7A52鋁合金材料常溫下準(zhǔn)靜態(tài)拉伸中，在電子萬能拉伸試驗機上進行的應(yīng) 變率為0.ls<，溫度為25°C下的真實應(yīng)力-真實應(yīng)變試驗未平滑后的曲線和真實應(yīng)力-真實 應(yīng)變計算曲線。
[0025]圖2為7A52鋁合金材料在Gleeble熱模擬拉伸試驗中，應(yīng)變率為O.ls^，溫度為200 °c的真實應(yīng)力-真實應(yīng)變試驗平滑后的曲線和真實應(yīng)力-真實應(yīng)變計算曲線。
[0026] 圖3為7A52鋁合金材料在Gleeble熱模擬拉伸試驗中，應(yīng)變率為O.ls^，溫度為300 °c的真實應(yīng)力-真實應(yīng)變試驗平滑后的曲線和真實應(yīng)力-真實應(yīng)變計算曲線。
[0027] 圖4為7A52鋁合金材料在Gleeble熱模擬拉伸試驗中，應(yīng)變率為O.ls^，溫度為350 °c的真實應(yīng)力-真實應(yīng)變試驗平滑后的曲線和真實應(yīng)力-真實應(yīng)變計算曲線。
[0028] 圖5為7A52鋁合金材料在Gleeble熱模擬拉伸試驗中，應(yīng)變率為O.ls^，溫度為400 °c的真實應(yīng)力-真實應(yīng)變試驗平滑后的曲線和真實應(yīng)力-真實應(yīng)變計算曲線。
[0029] 圖6為7A52鋁合金材料在Gleeble熱模擬拉伸試驗中，溫度為300°C，應(yīng)變率為Is"1 的真實應(yīng)力-真實應(yīng)變試驗平滑后的曲線和真實應(yīng)力-真實應(yīng)變計算曲線。
[0030] 圖7為7A52鋁合金材料在Gleeble熱模擬拉伸試驗中，溫度為300°C，應(yīng)變率為 的真實應(yīng)力-真實應(yīng)變試驗平滑后的曲線和真實應(yīng)力-真實應(yīng)變計算曲線。
【具體實施方式】：
[0031]本發(fā)明主要針對7A52鋁合金，是用于建立7A52鋁合金熱彈塑性變形模擬用本構(gòu)模 型的方法。
[0032]如圖1-7所示，一種鋁合金熱彈塑性變形模擬用本構(gòu)模型的建立方法，其依次包括 如下步驟：（1)選擇本構(gòu)模型；（2)確定模型參數(shù)；（3)將各參數(shù)代入本構(gòu)模型方程式中，確定 本構(gòu)模型方程式；