经退火处理的LY12铝在强动载荷下的剪切模量和屈服强度

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剪切模量和屈服强度随动态加载应力变化的实验数据对材料本构关系研究是十分重要的。本文较系统地阐述了双屈服面方法(又称Asay-Chhabildas方法,下称AC方法)测量材料强动载荷下屈服强度的基本原理、实验技术和数据处理与分析方法。本工作利用AC方法测量了经退火处理的LY12铝在强动载荷下的屈服强度。同时利用实验得到的高压声速数据,计算了经退火处理的LY12铝的剪切模量。通过本文工作,改进了AC方法测量材料动态屈服强度的实验技术和数据处理方法,加深了对该方法的认识,主要体现在以下几个方面: (1)在实验设计中,把加载-卸载实验的装置改为单飞片和单样品,这不仅可以满足实验的物理设计,同时简化了波系作用,减少了声速测量不确定度的引入因素。在数据处理中,发现由Lagrange声速和工程应变关系曲线外推求预冲击状态的体积声速容易引入较大的不确定度,而通过Lagrange声速和粒子速度关系曲线可以清晰得到塑性卸载起始点,也可以外推得到更为确定的体积声速。 (2)通过加载-卸载实验得到了4个不同加载应力下的高压声速和剪切模量数据。与俞宇颖提供的未经退火的LY12铝结果比较,发现退火处理对高压声速和剪切模量无显著影响,但其卸载剪应力(τ00)要明显小于未经退火的LY12铝。结合文献发表的高压声速数据,拟合得到了Euler纵波声速(Cι)与轴向应力(σx)之间的近似关系:C1=-3.117×10-4σx2+0.075σx+7.042。Euler体积声速与常用计算方法得到的计算值较为一致。通过比较铝的剪切模量测量结果和Steinberg-Cochran-Guinan(SCG)模型、修正后的SCG模型和有限应变理论三种剪切模量计算方法后发现,在实验压力范围内,修正后的SCG模型和实验结果较为一致,而SCG模型和有限应变理论只在较低压力段较为一致,在样品发生高温软化后与实验结果偏离比较显著。 (3)在同一冲击压力下进行了TC4/LY12Al组合飞片撞击LY12Al单台阶和双台阶样品的对比实验。结果表明采用单台阶样品并近似再加载为等熵过程以求解再加载状态的简化做法是不合理的,测量材料的再加载状态历史应采用双台阶样品。 (4)根据测量得到的加载-再加载和加载-卸载数据,得到了LY12铝在冲击应力为20.0GPa下的屈服强度和剪应力,采用图解法和积分法得到的结果是一致的。利用得到的剪应力将冲击应力修正到了相应的静水压力。由于较高加载应力条件下组合飞片脱开问题无望在短时间内能得到解决,未得到更高加载应力下的屈服强度数据,因而也未能对该Hugoniot线进行修正,这有待下一步工作。
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