拉扭組合加載下HRB400E鋼的后繼屈服行為與各向異性屈服面模型

1、拉扭組合加載下HRB400邸的后繼屈服行為與各向異性屈服面模型工程構(gòu)件的破壞經(jīng)常是由金屬材料的失效引起的,為確保金屬構(gòu)件的安全服役,需透徹了解構(gòu)件和結(jié)構(gòu)在各種復(fù)雜加載歷史作用下的塑性變形的規(guī)律。材料的塑性變形由后繼屈服面和硬化過(guò)程決定,后繼屈服面演化分析是研究材料塑性變形規(guī)律的最有效手段,合理的屈服面函數(shù)是塑性屈服和流動(dòng)研究的基礎(chǔ)。塑性變形誘導(dǎo)金屬材料產(chǎn)生的各向異性特征與加載歷史密切相關(guān),是亟待解決的科學(xué)問(wèn)題。本文以HRB400莊岡為研究對(duì)象，采用薄壁圓管試樣對(duì)比例和非比例拉扭組合加載路徑下材料的后繼屈服特性和塑性流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)研究,發(fā)展了一種新的各向異性屈服面理論模型,并考察分析了本文提

2、出的各向異性本構(gòu)模型對(duì)T2純銅和45號(hào)鋼后繼屈服面行為的描述能力。本文主要研究工作及結(jié)論如下:1.對(duì)0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9麻口1%1種應(yīng)變幅下的循環(huán)試驗(yàn)分析表明，HRB400密網(wǎng)呈現(xiàn)循環(huán)軟化和循環(huán)穩(wěn)定特性,較低應(yīng)變幅下循環(huán)穩(wěn)定較慢,較高應(yīng)變幅下循環(huán)穩(wěn)定較快。循環(huán)后的拉伸彈性模量略有下降,拉伸強(qiáng)度、斷裂應(yīng)變和斷裂模式無(wú)明顯變化,為典型的韌性斷裂特征。循環(huán)后HRB400在岡在較低應(yīng)變幅下屈服極限降低,較高應(yīng)變幅下屈服極限升高。2.經(jīng)歷預(yù)拉伸、預(yù)扭轉(zhuǎn)和預(yù)拉扭三種比例加載歷史下基于不同平移應(yīng)變確定的HRB400在岡后繼屈服面形狀相似,隨著平移應(yīng)變的增加拉剪應(yīng)

3、力平面上屈服面尺寸逐漸增大。不同平移應(yīng)變確定的屈服面在預(yù)加載方向上基本相切,主要沿預(yù)加載相反方,沿預(yù)加載方向后繼屈服面呈現(xiàn)“前后平坦,前小后大”特征。預(yù)拉伸加載下的后繼屈服面沿加載方向略微外凸;預(yù)扭轉(zhuǎn)、預(yù)拉扭后的屈服面沿加載方向略微內(nèi)凹。3.在六種拉扭應(yīng)變組合折線預(yù)加載作用下，HRB400Effl的后繼屈服面呈現(xiàn)顯著的各向異性變形特征,隨著平移應(yīng)變的增大而屈服面不斷膨脹,形狀基本不變。不同平移應(yīng)變定義的屈服面在預(yù)加載方向上基本相切,主要沿與預(yù)加載相反方向膨脹,呈現(xiàn)非線性硬化特征。先拉后拉扭路徑下的后繼屈服面,沿預(yù)加載方向呈現(xiàn)“前尖后平”特征;其他五種雙折線拉扭組合預(yù)加載作用下,后繼屈服面形狀呈

4、現(xiàn)“卵石”特征。4 .六種雙折線拉扭組合預(yù)加載作用下,試驗(yàn)塑性應(yīng)變流動(dòng)方向與正交方向均有一定偏離,兩方向夾角的大小在屈服面不同屈服點(diǎn)處具有顯著的分散性。隨著平移應(yīng)變的增大后繼屈服面的塑性流動(dòng)方向與正交方向偏離角整體上減小。5 .在Chaboche循環(huán)塑性理論基礎(chǔ)上,考慮加載歷史和重新加載過(guò)程中材料的硬化行為，通過(guò)在Chaboche循環(huán)塑性模型的等向硬化項(xiàng)中引入各向異性畸變屈服函數(shù),發(fā)展了一個(gè)新的各向異性本構(gòu)模型,并推導(dǎo)了率相關(guān)各向異性本構(gòu)模型的隱式積分算法和切線剛度矩陣。通過(guò)ABAQU的UMATU料用戶子程序接口，對(duì)HRB400在岡、T2純銅和45號(hào)鋼在預(yù)比例加載下的后繼屈服和硬化過(guò)程進(jìn)行了模擬。模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比表明,該模型不僅能夠描述三種金屬材料比例預(yù)加載條件下后繼屈服面的各向異性特征,而且能夠模擬再加載時(shí)各向異性屈服面逐漸向各向同性屈服面的演化過(guò)程。本文發(fā)展