6008-T6材料的动态本构及断裂失效模型研究

摘要

列车被动安全性越来越受到人们的重视，为提供更加准确的材料参数从而提高列车的碰撞仿真精度，对列车用6008-T6材料开展了不同应变率下的动态力学性能试验以及不同应力状态下的动态断裂试验，研究适用于工程仿真的6008-T6材料的动态本构模型与断裂失效模型。　　首先，根据材料动态力学性能试验方法和应变场测量技术原理，选用试验装置并设计动态拉伸试件；采用应力三轴度描述试件的应力状态，设计出应力状态均匀分布的断裂试件，给出了材料的动态力学性能及断裂试验方案，并根据试验边界条件建立了6008-T6材料试件的有限元模型，为后续研究奠定基础。　　然后，开展了6008-T6材料的动态力学性能试验，建立了Johnson-Cook和Cowper-Symonds动态本构模型；通过对经典动态本构模型局限性的分析，提出了采用列表插值法来描述6008-T6材料的动态力学性能，并研究了6008-T6材料的应变率效应对轨道车辆吸能结构吸能特性的影响。结果表明：6008-T6材料具有应变率强化效应，经典的Johnson-Cook与Cowper-Symonds模型丢失了大量的动态试验数据，拟合精度偏低；列表插值法能更准确地描述6008-T6材料的动态力学性能；随着冲击速度的增大，应变率强化效应按照材料流动应力的变化趋势放大结构的界面力及吸能量，结构抵抗冲击的能力提高，但膨胀式吸能结构的挤压力历程不变；诱导式吸能结构能显著降低初始峰值力，变形模式更加稳定有序；随冲击速度的提高，6008-T6材料的应变率强化效应有利于提高诱导式结构的吸能特性，设计吸能结构需要综合考虑应变率效应的影响。　　最后，开展了6008-T6材料在不同应变率及不同应力状态下的断裂试验，建立了6008-T6材料的GISSMO失效模型，研究了应变率效应对材料断裂行为的影响。结果表明：6008-T6材料在不同应力状态下的断裂行为不同，需要考虑应力状态的影响；经0°剪切试验验证，建立的GISSMO失效模型能准确地描述各应力状态下材料的断裂行为；6008-T6材料的断裂应变随应变率的增大而减小，0°剪切应力状态下断裂应变对应变率的敏感性最高，随应变率的增大，各应力状态下的断裂应变对应变率的敏感性均降低；GISSMO失效模型能在一定程度上反映6008-T6材料的动态失效特性，但尚未综合考虑不同应力状态对动态断裂应变的影响。　　基于上述两方面工作，描述了6008-T6材料在不同应变率下弹塑性阶段和断裂失效阶段的力学行为，获得了适用于工程仿真应用的动态本构模型与断裂失效模型，为列车的碰撞仿真计算提供了更准确的材料参数，可以进一步提高列车碰撞的仿真精度，对列车耐撞性设计具有指导意义。

目录

声明

第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2.1 列车用铝合金概况

1.2.2 金属材料动态力学性能描述方法

1.2.3 铝合金材料的动态力学性能

1.2.4 应变率效应对结构动态响应的影响

1.3.1材料断裂理论介绍

1.3.2 材料动态断裂及失效模型研究进展

1.4 本文研究内容及技术路线

第2章试验及研究方法

2.1 材料动态力学性能试验方法及理论

2.1.1 应变场测量方法

2.1.2 一维应力波理论

2.2 6008-T6材料准静态拉伸试验

2.3.1 中低应变率拉伸试验

2.3.2 分离式霍普金森拉杆试验

2.4 不同拉伸速度下材料的断裂试验

2.5 本章小结

第3章 6008-T6材料的动态力学性能及应用

3.1 试验结果及分析

3.2 材料动态本构模型建立

3.3 材料模型适用性分析

3.4 应变率效应对结构吸能特性的影响

3.4.1 有限元计算模型与边界条件

3.4.2 界面力与吸能量计算结果分析

3.4.3 结构变形模式分析

3.4.4 诱导式吸能结构的吸能特性研究

3.5 本章小结

第4章 6008-T6材料动态断裂失效

4.1 断裂试验结果及分析

4.2 应力三轴度确定

4.3 GISSMO失效模型特性

4.4 6008-T6材料失效模型建立

4.5 应变率效应对6008-T6材料断裂行为的影响

4.6 本章小结

结论与展望

结论

展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目

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