Q235B钢的M-Paul动态本构关系研究

摘要

随着计算机技术和数值计算方法的不断发展，数值模拟成为建筑结构承受冲击及爆炸作用研究的一种重要研究手段。在动态载荷作用下，材料的应力-应变关系变得更为复杂，因而选择合理有效的材料本构关系对数值模拟结果的准确性起着至关重要的作用。目前，国外对于金属材料动态本构关系的研究己日趋成熟，Johnson-Cook、Zerilli-Armstrong、Khan-Liang等多种本构关系在工程领域已得到广泛应用。而国内金属材料研究中所采用的动态本构关系多为沿用上述本构模型或在其基础上进行修正。本文以Paul本构模型为基础研究了Q235B钢的动态力学行为，提出修正Paul(M-Paul)本构模型并完成模型参数的标定，然后通过靶板侵彻试验和数值模拟相结合的方法验证了材料模型的准确性。本文主要开展了如下研究工作:
　　1.Q235B钢M-Paul动态本构关系的构建
　　研究了Paul本构模型的表达式及参数获取方法，并与修正Johnson-Cook本构模型进行比较。基于ABAQUS/Standard通用分析求解器和Isight数值优化软件，对Paul本构模型的材料参数进行了标定。在标定过程中发现模型的温度相关项不能合理描述Q235B钢的温度软化行为，故对原始模型进行修正得到M-Paul本构模型。通过将M-Paul和修正Johnson-Cook本构模型预测的流动曲线与试验结果进行对比，验证了M-Paul本构模型对试验预测的准确性。
　　2.Q235B钢、Q460D钢的靶板侵彻试验研究
　　采用一级轻气炮试验装置，开展了平头弹体侵彻Q235B钢靶板和尖头弹体侵彻Q460D钢靶板的试验，通过高速摄像系统记录了弹体冲击靶板的初始速度和剩余速度，利用最小二乘法分别拟合得到了两组靶板侵彻试验的弹道极限，并对试验结果进行分析，分别得到了Q235B钢靶板和Q460D钢靶板遭受弹体侵彻的破坏形式。
　　3.平头弹体侵彻Q235B钢靶板的数值模拟研究
　　基于ABAQUS/Explicit显式求解器，建立了与平头弹体侵彻Q235B钢靶板试验相对应的数值模型，选用M-Paul、修正Johnson-Cook及Johnson-Cook本构模型分别作为材料强度模型，修正Johnson-Cook断裂准则作为失效模型，开展了相应的数值模拟研究，通过对比数值模拟及试验结果验证了本文提出的M-Paul本构模型的准确性。

目录

声明

摘要

1．1 课题来源

1．2 研究背景

1．3 国内外研究现状

1．3．1 金属材料本构模型的研究现状

1．3．2 材料动态力学行为的研究现状

1．4 本文研究内容

第2章 Q235B钢M-Paul动态本构模型的构建

2．1 引言

2．2 金属材料的动态力学行为描述

2．3 Paul本构模型参数获取方案

2．3．1 准静态相关项参数获取方案

2．3．2 应变率相关项参数获取方案

2．3．3 温度相关项参数获取方案

2．3．4 Paul与修正Johnson-Cook本构模型参数获取方案的比较

2．4 M-Paul本构模型的提出及参数标定

2．4．1 准静态相关项参数标定

2．4．2 应变率相关项参数标定

2．4．3 温度相关项的修正及参数标定

2．5 不同本构模型预测情况的对比分析

2．5．1 不同应变率下流动曲线的对比

2．5．2 不同温度下流动曲线的对比

2．6 本章小结

第3章 Q235B钢、Q460D钢靶板侵彻试验

3．1 引言

3．2 靶板侵彻试验方案设计

3．2．1 试验目的

3．2．2 试验内容

3．2．3 试验装置

3．2．4 靶板与弹体

3．2．5 试验过程概况及保障措施

3．3 平头弹体侵彻Q235B钢靶板的试验结果与分析

3．3．1 Q235B钢靶板侵彻试验弹道极限

3．3．2 Q235B钢靶板侵彻试验结果分析

3．4 尖头弹体侵彻Q460D钢靶板的试验结果与分析

3．4．1 Q460D钢靶板侵彻试验弹道极限

3．4．2 Q460D钢靶板侵彻试验结果分析

3．5 本章小结

第4章 平头弹体侵彻Q235B钢靶板的数值模拟研究

4．1 引言

4．2 有限元模型

4．2．1 有限元模型的建立

4．2．2 靶板和弹体模型的网格划分

4．2．3 靶板模型的材料参数

4．3 数值模拟结果及分析

4．3．1 工况1的结果分析

4．3．2 工况2的结果分析

4．3．3 工况3的结果分析

4．4 数值模拟结果的对比

4．4．1 弹道极限的对比

4．4．2 数值模拟结果的对比

4．5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢