材料力学行为-第五章-孙巧艳主讲

材料力学行为

第五章 材料在高速加载下的力学性 能

高速加载

冲击载荷

(高速作用与物体上的载荷。) 高速作用与物体上的载荷。)

高应变速率(高应变率) 高应变速率(高应变率)

材料力学行为

一 加载速度与材料响应1 加载速率与应变速率 冲击载荷： 冲击载荷： 102-104 s-1 极限情况可到 6 s-1 极限情况可到10 准静态载荷 10-5-10-1 s-1

2 材料对冲击载荷的响应 在高应变速率作用下，材料的应力取决于温度、应变和应变速率。 在高应变速率作用下，材料的应力取决于温度、应变和应变速率。 本构关系中动态效应表现出来。 本构关系中动态效应表现出来。

材料力学行为

材料对冲击载荷的响应1 弹性响应 外载荷产生的应力低于材料的屈服点， 外载荷产生的应力低于材料的屈服点，应力波传播不造成材料不可 逆的变化，材料表现为弹性变形行为，胡克定律适用。 逆的变化，材料表现为弹性变形行为，胡克定律适用。 2 弹塑性响应 应力超过屈服点但是低于1× 应力超过屈服点但是低于 ×104MPa,材料的响应可以用耗 ， 散过程表述，考虑大变形、沾滞性和热传导等过程， 散过程表述，考虑大变形、沾滞性和热传导等过程，本构方 程比较复杂，呈非线性。 程比较复杂，呈非线性。

3 流体力学 热力学响应 流体力学-热力学响应 应力波产生的应力超过屈服点几个数量级， 应力波产生的应力超过屈服点几个数量级，材料可作为非粘性可 压缩流体处理，材料的真实结构可以不考虑。 压缩流体处理，材料的真实结构可以不考虑。本构方程用状态方 程描述，呈现非线性。 程描述，呈现非线性。

材料力学行为

对于同一种材料在不同温度和应变速率下的塑性变形机制 I:准静态加载： :准静态加载： 屈服强度对应变速率不敏感， 屈服强度对应变速率不敏感， 位错行为主导塑性变形过程， 位错行为主导塑性变形过程， 为非热机制。 为非热机制。 II:高应变速率加载 ： 屈服强度对应变速率敏感， 屈服强度对应变速率敏感，变形 为受位错运动运动主导， 为受位错运动运动主导，为位错 运动热激活控制，如位错交割、 运动热激活控制，如位错交割、 交滑移和攀移等。 交滑移和攀移等。 III:较低温度和中低应变速率 ： 屈服强度对温度和应变速率不敏感， 屈服强度对温度和应变速率不敏感， 塑性变形机制为孪晶形成主导 IV:极高应变速率(高于103-105 s-1) :极高应变速率(高于 屈服强度对应变速率极为敏感， 屈服强度对应变速率极为敏感，塑性变 形方式用声子粘滞理论解释。 形方式用声子粘滞理论解释。

屈服强度温 度 升 高

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二 高速加载产生的应力波1 固体中的应力波 拉伸波

纵波 质点运动方向和波的传播方向相同

压缩波 质点运动方向和波的传播方向相反

横波

质点运动方向和波的传播方向垂直。例如扭转波。 质点运动方向和波的传播方向垂直。例如扭转波。

2 一维弹性应力波传播 (1)应力波的传播速率 )

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给细长杆施加一个高速轴向载荷， 给细长杆施加一个高速轴向载荷，在细长杆 中引起应力波的传播。 中引起应力波的传播。

cl = (dσ dε ) / ρcl = E

ρ

弹性波的传播速率和弹性模量和密度有关

扭转波

cT = (dτ dγ ) / ρµ ρ

细长杆中的应力波传递速率

cT =

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(2)应力波传递引起的应力 )复合杆模型 波在界面AB处部分透射、部分反射。 波在界面 处部分透射、部分反射。 处部分透射 AB面结合良好，质点速度连续 面结合良好， 面结合良好

VI-VR=VT 波阵面：介质中已被扰动的区域和未扰动区域的分界面。 波阵面：介质中已被扰动的区域和未扰动区域的分界面。

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应力波在介质中的传播引起的应力( 应力波在介质中的传播引起的应力(σ)为

σ = ρcV3 一维弹塑性应力波

ρ 是密度，c是应力波速度 是密度， 是应力波速度

波阵面通过在杆中产生的应力

σ = ρcV

如果

σ >σs

杆的变形便从弹性变形变为弹塑性变形， 杆的变形便从弹性变形变为弹塑性变形，杆 中既有弹性应力波，又有塑性应力波。 中既有弹性应力波，又有塑性应力波。

弹塑性应力波的传播与材料本构关系有关。 弹塑性应力波的传播与材料本构关系有关。

材料力学行为

(a) )

(b) )

(c) )

d 2σ 塑性变形阶段应力-应变曲线为凸面 (a) 递减硬化材料 < 0 塑性变形阶段应力 应变曲线为凸面 dε 2 dσ 波速逐渐减小，波形愈来愈平坦，称为弥散波。 波速逐渐减小，波形愈来愈平坦，称为弥散波。 应变增加 dε < 0

(b)递增硬化材料 )

d 2σ >0 2 dε

塑性变形阶段应力-应变曲线为凹面 塑性变形阶段应力 应变曲线为凹面

应变增加

dσ 波速逐渐减小，波形愈来愈陡峭，称为冲击波。 > 0 波速逐渐减小，波形愈来愈陡峭，称为冲击波。 dε

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(c)理想硬化材料 )

塑性变形阶段应力-应变曲线近似为直线 塑性变形阶段应力 应变曲线近似为直线

直线斜率称为塑性模量，记为P 直线斜率称为塑性模量，记 …… 此处隐藏：1527字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……