[0033] 步驟（1)選擇本構(gòu)模型，選用Johnson-Cook本構(gòu)模型，的Johnson-Cook本構(gòu)模型主 要有三個(gè)部分的乘積組成:應(yīng)變硬化項(xiàng)、應(yīng)變率硬化項(xiàng)和溫度軟化項(xiàng)，用如下公式表示：
[0034]
[0035] 式中：〇為Von-Mises等
效流動(dòng)應(yīng)力；
[0036]A代表材料室溫時(shí)的屈服強(qiáng)度；
[0037]B為加工硬化模量；
[0038]η為硬化指數(shù)；
[0039] m為溫度軟化系數(shù)；
[0040]C為應(yīng)變率常數(shù)；
[0041 ] ε為等效塑性應(yīng)變；
[0042] ?為等效塑性應(yīng)變率；
[0043] ^為應(yīng)變率參考值；
[0044] To為參考溫度；
[0045]Tm為材料的熔點(diǎn)溫度；
[0046] 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(yàn)確定屈服強(qiáng)度A、加工 硬化模量B、硬化指數(shù)n，通過鋁合金的Gleeble熱模擬拉伸試驗(yàn)確定溫度軟化系數(shù)m和應(yīng)變 率常數(shù)C。
[0047]鋁合金常溫下準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)：在25°C的條件下，利用鋁合金在電子萬能拉伸試 驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行應(yīng)變率為Ο.Ι?Γ1的準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)，通過準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)得到力-位移曲線，然 后將力-位移曲線通過轉(zhuǎn)換公式計(jì)算轉(zhuǎn)換為真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變?cè)囼?yàn)曲線，真實(shí)應(yīng)力-真實(shí) 應(yīng)變?cè)囼?yàn)曲線如圖1所示;根據(jù)真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變?cè)囼?yàn)曲線確定材料室溫時(shí)的屈服強(qiáng)度Α， 由圖1可知，鋁合金沒有明顯的屈服階段，取0.2%的殘余應(yīng)變對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為屈服應(yīng)力，即 Α= 410;通過準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)過程中所得的試驗(yàn)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，最終得出Β和η分別為293MPa和0.38。
[0048]鋁合金的Gleeble熱模擬拉伸試驗(yàn):對(duì)鋁合金分別在應(yīng)變率0.1?Γ1分別對(duì)應(yīng)溫度為 200°(3、300°(3、350°(3、400°(3以及在溫度為300°(3分別對(duì)應(yīng)應(yīng)變率為18_ 1、58_1的情況下進(jìn)行 拉伸試驗(yàn)，并得出相應(yīng)的真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變?cè)囼?yàn)曲線，如圖2-圖7所示;所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過 數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件OriginPro8進(jìn)行回歸系數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，最終得到溫度軟化系數(shù)m和應(yīng)變率常 數(shù)C，最終得出m為0.425、應(yīng)變率常數(shù)C為0.142。
[0049]根據(jù)鋁合金常溫下準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)和Gleeble熱模擬拉伸試驗(yàn)中確定的屈服強(qiáng)度A、加工硬化模量B、硬化指數(shù)η、溫度軟化系數(shù)m和應(yīng)變率常數(shù)C，最終確定本構(gòu)模型方程式 為：
[0050]
[00511為了驗(yàn)證鋁合金的Johnson-Cook模型中的參數(shù)是否合理，利用有限元軟件ABAQUS建立基于Johnson-Cook本構(gòu)模型的鋁合金的準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)拉伸模型。建立的三維模型與實(shí) 際拉伸試件尺寸相同（拉伸試樣采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT228-2002標(biāo)準(zhǔn)尺寸），為提高計(jì)算效率選 取試樣的1/2建立三維模型，整個(gè)幾何模型采用非均勻網(wǎng)格計(jì)算，網(wǎng)格劃分采用C3D8R。對(duì)試 件施加對(duì)稱面約束，固定約束試樣的一端，對(duì)另一端施加與應(yīng)變率O.Ols^^O.liT^liriP 5s4相當(dāng)?shù)乃俣容d荷。施加預(yù)定義場(chǎng)的溫度分別有25°C、200°C、300°C、350°C、400°C。所得有 限元計(jì)算結(jié)果與錯(cuò)合金準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)和Gleeble熱模擬動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)的真實(shí)應(yīng)力-真實(shí) 應(yīng)變計(jì)算曲線結(jié)果與真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變?cè)囼?yàn)曲線進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖1-圖7所示，試驗(yàn)結(jié) 果與模擬計(jì)算結(jié)果吻合較好，試驗(yàn)曲線與計(jì)算曲線的擬合度最小值為0.92415,證明了該鋁 合金的Johnson-Cook本構(gòu)模型的準(zhǔn)確性。
[0052]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鋁合金熱彈塑性變形模擬用本構(gòu)模型的建立方法，其特征在于，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； 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(gè)部分的乘積組成：應(yīng)變硬化項(xiàng)、應(yīng)變率硬化項(xiàng)和溫度軟化項(xiàng)，用如下公式表 示：式中:σ為Von-Mises等效流動(dòng)應(yīng)力； A代表材料室溫時(shí)的屈服強(qiáng)度； B為加工硬化模量； η為硬化指數(shù)； m為溫度軟化系數(shù)； C為應(yīng)變率常數(shù)； ε為等效塑性應(yīng)變； 々為等效塑性應(yīng)變率； A為應(yīng)變率參考值； To為參考溫度； Tm為材料的熔點(diǎn)溫度； 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(yàn)確定所述屈服強(qiáng)度Α、 所述加工硬化模量Β、所述硬化指數(shù)η，通過鋁合金的Gleeble熱模擬拉伸試驗(yàn)確定所述溫度 軟化系數(shù)m和所述應(yīng)變率常數(shù)C。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁合金熱彈塑性變形模擬用本構(gòu)模型的建立方法，其特 征在于，所述鋁合金常溫下準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn):在室溫的條件下，利用鋁合金在電子萬能拉伸 試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行應(yīng)變率為0.1 ?Γ1的準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)，通過所述準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)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(jì)算轉(zhuǎn)換為真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變?cè)囼?yàn)曲線，根據(jù) 所述真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變?cè)囼?yàn)曲線確定材料室溫時(shí)的屈服強(qiáng)度Α，通過所述準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn) 過程中所得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過最小二乘法擬合，最終得到加工硬化模量B和硬化指數(shù)η。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁合金熱彈塑性變形模擬用本構(gòu)模型的建立方法，其特 征在于，所述鋁合金的Gleeble熱模擬拉伸試驗(yàn):對(duì)鋁合金在應(yīng)變率Ο.Ι?Γ 1分別對(duì)應(yīng)溫度為 200°(3、300°(3、350°(3、400°(3以及在溫度為300°(3分別對(duì)應(yīng)應(yīng)變率為18_ 1、58_1的情況下進(jìn)行 拉伸試驗(yàn)，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件OriginPro 8進(jìn)行回歸系數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，最終得到溫度軟化系 數(shù)m和應(yīng)變率常數(shù)C。
【專利摘要】本發(fā)明公開了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。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，此本構(gòu)模型的建立填補(bǔ)了一直以來用數(shù)值模擬方法對(duì)7A52鋁合金熱機(jī)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(duì)7A52鋁合金的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號(hào)】CN105426595
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510753948
【發(fā)明人】陳芙蓉, 賈翠玲
【申請(qǐng)人】?jī)?nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年11月5日