【摘要】：鎂合金是目前世界上可工程化應用的輕金屬結構材料之一,大規(guī)模應用于航空航天、汽車構件、電子產(chǎn)品等領域,在其服役過程中不可避免會受到?jīng)_擊載荷的作用。數(shù)值模擬技術是目前研究材料及結構在爆炸、高速沖擊等動態(tài)載荷作用下力學行為的重要研究手段之一,而數(shù)值模擬技術中最為關鍵的問題是如何獲得一個能真實反映材料響應的本構模型。然而,由于鎂合金的晶體結構導致其微觀變形機理十分復雜,其沖擊動態(tài)本構模型的構建非常困難。近年來,已有不少學者基于對鎂合金的沖擊動態(tài)實驗研究結果,建立了鎂合金的沖擊動態(tài)本構模型,然而已建立的模型主要是宏觀唯象模型,缺乏對材料微觀物理機理的考慮,預測能力有限。雖然也有少部分鎂合金動態(tài)本構模型是基于微觀變形機理來建立的,但這些模型依舊存在著變形機制考慮不完善、應變率敏感度考慮不合理等問題�？梢�,目前鎂合金的沖擊動態(tài)本構模型研究還不夠完善,有很大的局限性。為此,針對已有研究的不足,本文將對當前使用極為廣泛的AZ31B鎂合金進行系統(tǒng)的沖擊動態(tài)力學實驗研究,并基于實驗研究結果建立鎂合金的沖擊動態(tài)本構模型。本文開展的創(chuàng)新性工作如下:1)對AZ31B鎂合金進行了系統(tǒng)的準靜態(tài)和沖擊動態(tài)力學實驗研究,揭示其宏觀力學行為:首先采用MTS材料試驗機對AZ31B鎂合金進行了一系列的準靜態(tài)單軸拉伸和壓縮實驗,獲得了AZ31B的準靜態(tài)拉伸和壓縮應力-應變曲線,用以與沖擊動態(tài)力學測試結果進行對比;然后,采用分離式霍普金森壓桿(SHPB)裝置對AZ31B鎂合金進行了室溫和高溫沖擊壓縮加載實驗,采用分離式霍普金森拉桿(SHTB)對AZ31B鎂合金進行了室溫沖擊拉伸加載實驗,研究了應變率、溫度等對AZ31B鎂合金沖擊動態(tài)應力-應變響應的影響。2)對AZ31B鎂合金進行了顯微觀察,研究其沖擊動態(tài)變形的微觀機理:首先采用掃描電鏡對AZ31B鎂合金沖擊加載后的斷口進行了觀察,分析沖擊載荷作用下鎂合金的破壞機理;然后采用金相顯微鏡觀察了AZ31B鎂合金動態(tài)變形前后的金相組織變化,分析溫度、應變率等對鎂合金變形前后金相組織的影響;最后采用透射電鏡對AZ31B鎂合金動態(tài)變形前后的位錯形貌進行了觀察,分析溫度、應變量等因素對AZ31B鎂合金位錯運動的影響。3)基于實驗研究結果總結了鎂合金沖擊動態(tài)變形的微觀機制,針對不同的應用范圍分別建立了三類沖擊動態(tài)本構模型:(1)假定孿生和位錯滑移兩種變形機制中阻抗低者將主導鎂合金的塑性變形。進而通過定義位錯滑移和孿生的阻抗演化方程,建立了鎂合金的沖擊動態(tài)本構模型(即位錯動力學模型)。該模型計算簡單,能夠?qū)κ覝叵骆V合金的沖擊動態(tài)應力-應變響應進行準確描述,具有較好的工程應用價值。(2)在晶體塑性理論的基礎上引入率相關的應變率敏感度控制方程,并考慮溫度對材料變形機制的影響,建立了新的鎂合金沖擊動態(tài)本構模型(即晶體塑性模型),并給出了模型的數(shù)值實現(xiàn)方法。本文使用該模型模擬了鎂合金常溫、高溫動態(tài)加載下的應力-應變行為和室溫沖擊動態(tài)壓縮加載下鎂合金的孿晶體積分數(shù)演化規(guī)律,所得結果與實驗結果的對比驗證了模型的準確性。該模型考慮了鎂合金沖擊動態(tài)加載下變形的微觀機理。(3)在熱激活理論框架下考慮了孿生,建立了鎂合金沖擊動態(tài)本構模型。該模型保留了晶體塑性模型中對位錯滑移和孿生運行的判斷方式,可以考慮高溫下鎂合金的沖擊動態(tài)力學響應;同時,該模型采用顯式運算,大大降低了計算量,具有很高的工程應用價值。
【圖文】：

1.1 材料（2A16-T4）在不同應變率范圍內(nèi)的應變率敏感rain rate sensitivity of material (2A16-T4) in different strain r力學實驗研究現(xiàn)狀學者所開展的針對鎂合金動態(tài)力學行為的變形機理研究已中在以下幾個方面：的應變率相關性、張星等[6-7]、Chang 等[8-9]、Ahmad 等[10]、Xiao 等[11]、Math偉等[14-15]、Yokoyama 等[16-18]、Zhou 等[19]、包合勝[20]、沖擊載荷作用下的力學行為。結果表明，鎂合金的沖擊動接的關系，如圖 1.2 所示，在動態(tài)壓縮載荷作用下隨著應

圖 1.2 動態(tài)壓縮載荷作用下鎂合金的應變率效應ain rate effect of magnesium alloy under dynamic comp
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.22

【參考文獻】

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本文編號：2671445