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1、沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文AZ31鎂合金絕熱剪切行為數(shù)值模擬TheSimulationOfTheAZ31MagnesiumAdiabaticShearBehavior作者：楊蒙蒙單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院指導(dǎo)教師：劉正教授單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院協(xié)助指導(dǎo)教師：毛萍莉教授單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院論文答辯日期：2015年3月1日學(xué)位授予單位：沈陽工業(yè)大學(xué)摘要鎂合金是最輕的常用金屬材料之一，其密度大概是鋁的密度的三分之二，具備高比強(qiáng)度、比剛度以及良好的減震、鑄造和切削加工等性能，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”。隨著鎂合金在汽車、航空航天、軍工武器等行業(yè)的廣泛應(yīng)用，其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能也越來越
2、備受關(guān)注，而材料在高應(yīng)變率條件下，其強(qiáng)度與靜載條件下具有較大差異。差異的主要產(chǎn)生原因是高應(yīng)變率下，材料內(nèi)部產(chǎn)生了絕熱剪切帶，致使其自身承載能力很大程度的降低，甚至完全喪失。為進(jìn)一步了解AZ31鎂合金絕熱剪切帶的產(chǎn)生原因以及絕熱剪切帶內(nèi)部孔洞和微裂紋之間的關(guān)系。本文利用Ansys/Ls-dyna模擬軟件對SHPB動(dòng)態(tài)加載過程進(jìn)行數(shù)值模擬，利用試驗(yàn)所得應(yīng)力應(yīng)變曲線，擬合粘塑性的Johnson-Cook本構(gòu)方程中的各項(xiàng)參數(shù)；通過彈速計(jì)算公式求得數(shù)值模擬中子彈的初速度?？梢暬噩F(xiàn)了SHPB動(dòng)態(tài)加載過程中，應(yīng)力在SHPB裝置中的傳播方式與過程以及AZ31帽狀試樣絕熱剪切帶易發(fā)區(qū)域的應(yīng)力
3、應(yīng)變和溫度情況。結(jié)合光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡技術(shù)分別對同等試驗(yàn)條件下的AZ31帽狀試樣進(jìn)行顯微組織觀察。綜合分析了AZ31帽狀試樣內(nèi)部絕熱剪切帶的產(chǎn)生原因以及絕熱剪切帶內(nèi)部組織的形成與演變。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)力在SHPB裝置的中以波的形式進(jìn)行傳遞，其速度為683.33m/s。應(yīng)力波抵達(dá)帽狀試樣內(nèi)外拐點(diǎn)連線區(qū)域時(shí)首先在內(nèi)外拐點(diǎn)處匯聚，進(jìn)而逐漸向中間區(qū)域擴(kuò)展，最終聚集在中間，其最大值為244.5MPa，此時(shí)該區(qū)域的溫度最大值為953.258K。通過顯微組織觀察發(fā)現(xiàn)，AZ31帽狀試樣應(yīng)力集中區(qū)域產(chǎn)生了絕熱剪切帶，絕熱剪切帶內(nèi)部存在孔洞、微裂紋、等軸晶區(qū)域以及相互平行的孿晶帶。結(jié)
4、合數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可知絕熱剪切帶內(nèi)部較高的溫度條件推動(dòng)自身組織內(nèi)部碎化的細(xì)小晶粒以及亞結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)再結(jié)晶形成了等軸晶區(qū)，等軸晶區(qū)域兩側(cè)為相互平行的孿晶帶。同時(shí)在等軸晶的內(nèi)部存在孔洞和微裂紋，二者的關(guān)系是孔洞最先產(chǎn)生，隨著時(shí)間的推移和載荷的增加，孔洞發(fā)生擴(kuò)展，形成裂紋。關(guān)鍵詞：分離式Hopkinson壓桿，擠壓態(tài)AZ31鎂合金，帽狀試樣，Johnson-Cook本構(gòu)關(guān)系，Ansys/Ls-dyna數(shù)值模擬IAbstractMagnesiumalloyisoneofthelightestmetalmaterialscommonused,it’sdensityisabouttw
5、o-thirdofthealuminum,ithassmalldensity,highspecificstrengthandstiffness,gooddamping,castingandcuttingperformance,itcanbeeasilyrecycledandknownasthe"21stcenturygreenengineeringmaterials".Withmagnesiumalloyswidelyusedinautomotive,aerospace,militaryweapons,andotherindustries,itsdynamicmechanic
6、sperformanceisbecomingmoreandmoreattention.Thematerialundertheconditionofhighstrainrate,thestrengthisbiggerdifferenceswiththestaticloadconditions.Differencesarethemaincausesofadiabaticshearband,whichisproducedinsideofthematerialsunderthehighstrainratecondition.TheASBcausecarryingcapacityofm
7、aterialgreatlyreduce,orevencompletelylost.ForfurtherunderstandingthereasonofAZ31magnesiumalloyadiabaticshearbandproduceandtherelationshipbetweentheinternalholeandmicrocrack.Inthispaper,Ansys/Ls-dynasimulationsoftwareisusedfornumericalsimulationoftheSHPBd
