高速重载下AM80镁合金的动态力学行为及其本构建模

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镁合金具有优异的电磁屏蔽性、极低的密度以及良好的减震性能,是汽车工业和航空航天领域实现轻量化最理想的材料之一。本文采用霍普金森压杆装置,研究两类(铸态和挤压态AM80镁合金)镁合金在298 K~623 K温度范围内的动态应力行为,加载应变速率为1100 s-1~5900 s-1。利用光学显微镜分析了铸态AM80镁合金在不同变形条件下的组织演变,探究显微组织对应力响应行为的影响;基于铸态和挤压态镁合金的动态冲击应力-应变数据,分别构建了不同合金状态和载荷方向下AM80镁合金的本构模型。研究结果表明:(1)铸态AM80镁合金的变形行为具有明显的应变速率敏感性,且还取决于变形温度。在同一变形温度下,流变应力随着应变速率的增加逐渐增加,呈正应变速率敏感性。但存在一个临界应变速率,高于临界应变速率时流变应力在中高应变时随应变速率的增加而下降。(2)铸态AM80镁合金在动态冲击下的显微组织主要为高密度的形变孪晶和绝热剪切带,且产生了大量的二次孪晶。随着变形温度的升高,合金发生动态再结晶现象,且动态再结晶程度随着变形温度的进一步升高而增加,再结晶晶粒也出现一定程度的长大。(3)通过优化原始J-C本构模型的应变硬化项、应变速率强化参数C和材料应变硬化参数n,构建了能够准确描述铸态AM80镁合金在大范围变形温度和应变速率下的流变力学行为的动态力学本构,其相关系数(R)和平均相对误差(AARE)分别为0.987和 3.88%。(4)挤压态AM80镁合金在ED方向和TD方向表现出明显的各向异性。在298 K下,ED方向合金的流变应力曲线呈S形,而TD方向合金的曲线呈C形。随着应变速率和变形温度的增加,ED方向的曲线逐渐由S形转变为C形,两种不同取向材料的曲线差异减小,各向异性减弱。(5)针对挤压态AM80镁合金沿不同方向加载时的力学行为差异,对原始J-C本构模型的应变硬化项和温度软化项进行优化,分别构建了能够准确预测挤压态AM80镁合金沿ED方向和TD方向动态加载时流变应力变化规律的动态力学本构,两本构的相关系数(R)分别为97.72%和99.25%,相对绝对误差(AARE)分别为3.52%和1.96%。
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