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不同加載狀態(tài)下TA2純鈦絕熱剪切破壞響應(yīng)特性研究

關(guān)于單一絕熱剪切帶形成機(jī)理及影響已有較多研究。從材料的本構(gòu)關(guān)系出發(fā)，一般認(rèn)為絕熱剪切現(xiàn)象在宏觀上表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)本構(gòu)失穩(wěn)，即等效應(yīng)力-等效應(yīng)變曲線從應(yīng)變硬化轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)變軟化，相應(yīng)地在微觀上可以觀察到高度集中的應(yīng)變局域化，即絕熱剪切帶。為建立絕熱剪切變形局部化的失穩(wěn)模型，揭示絕熱剪切帶的發(fā)展規(guī)律，研究者采用Hopkinson 技術(shù)、圓柱試樣動(dòng)態(tài)壓縮、薄壁管動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)、帽型試樣動(dòng)態(tài)剪切、動(dòng)態(tài)壓剪實(shí)驗(yàn)等來(lái)研究材料變形、絕熱剪切起始破壞過(guò)程的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為，探討絕熱剪切臨界起始條件及演化特性。寧波大學(xué)與北京理工大學(xué)的研究人員則采用帽型受迫剪切試樣，對(duì)TA2純鈦的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性和本構(gòu)失穩(wěn)過(guò)程進(jìn)行了研究。

首先對(duì)剪切區(qū)加載應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行理論以及數(shù)值分析,通過(guò)合理設(shè)計(jì)帽型試樣,剪切區(qū)變形可近似按剪切狀態(tài)處理;結(jié)合二維數(shù)字圖像相關(guān)法(DIC-2D)直接測(cè)試試樣剪切區(qū)應(yīng)變演化,給出帽型受迫剪切試驗(yàn)的等效應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)曲線。然后,利用Hopkinson壓桿對(duì)TA2純鈦開(kāi)展動(dòng)態(tài)壓縮以及帽型剪切對(duì)比試驗(yàn)研究,比較壓縮、剪切試驗(yàn)得到的等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線,采用“凍結(jié)”試樣方法分析試樣中絕熱剪切局域化演化過(guò)程,探討不同加載狀態(tài)下TA2純鈦的絕熱剪切破壞現(xiàn)象以及其動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)特性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在塑性變形初始階段,動(dòng)態(tài)壓縮及剪切加載下的等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線符合較好,但隨塑性損傷發(fā)展及絕熱剪切帶形成,兩者出現(xiàn)分離,表明損傷及絕熱剪切演化過(guò)程與應(yīng)力狀態(tài)相關(guān)。剪切試驗(yàn)得到的本構(gòu)“軟化”特性能夠反映絕熱剪切帶起始、破壞演化過(guò)程的力學(xué)響應(yīng)特性,而在動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)中,即使試樣中已出現(xiàn)雙錐形的絕熱剪切帶及局部裂紋分布,其表觀等效應(yīng)力-應(yīng)變曲線并不出現(xiàn)軟化特征,動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)無(wú)法得到關(guān)于絕熱剪切起始、發(fā)展以及破壞的本構(gòu)軟化響應(yīng)特性。

摘自《力學(xué)學(xué)報(bào)》