激光冲击下AZ31镁合金强化效应及应力-应变响应分析

摘要

镁合金作为21世纪的绿色金属材料,广泛应用于交通运输、航空航天等领域,但其绝对强度较低。为解决此问题,采用激光冲击方法对AZ31镁合金矩形试样表面分别开展单面冲击和双面冲击试验,通过调整激光能量得到了具有不同梯度层体积分数的镁合金试样,再进行单轴拉伸加载试验。在Johnson-Cook模型基础上,提出一种塑性应力-应变自然对数二次多项式拟合的方法对单轴拉伸试验数据进行应力-应变响应分析,并对不同梯度层体积分数的AZ31镁合金进行预测。研究结果表明:激光冲击后镁合金表面生成晶粒梯度结构层,可有效提高AZ31镁合金的屈服强度和抗拉强度,且双面冲击强化效果优于单面冲击;改进后的模拟数据与试验数据基本吻合,成功地再现了梯度结构镁合金应变硬化增强效应;最后,拟合得出含梯度层体积分数的改进模型参数表达式,其预测结果验证了模型的合理性。