纯铜的后继屈服面及复杂加载下塑性流动试验研究

论文摘要

本文利用退火多晶铜薄壁管件进行拉扭组合试验的数据结果，研究屈服、后继屈服及塑性流动的规律，为建立合理的塑性本构关系提供依据。文中分别研究了拉伸预应变和扭转预应变方向对后继屈服面的影响，以及后继屈服面在等效应力坐标(σ-3γ1/2)和π万平面上的演化趋势；讨论了不同的屈服点定义对后继屈服面描述的影响。试验研究表明，后继屈服面表现为与预加载方向相关；预扭转试验的后继屈服面在预加载方向上可以出现明显的尖点现象，而后继屈服面尖点与屈服定义有关；若采用平移应变法确定屈服应力，平移应变取值越大，后继屈服面在非预加载方向扩张越大且后继屈服尖点现象越不明显。 对退火多晶铜在比例及非比例加载时的塑性流动规律进行了研究，讨论了正交流动法则的适用性，以及循环应变加载时圆形路径、十字形路径下塑性应变率与偏应力和偏应力增量夹角θ1、θ2的变化规律，结论表明圆形应变路径下的附加强化强于十字形应变路径，在圆形应变路径下，塑性应变率与偏应力、偏应力率的夹角θ1、θ2在一个循环周次内呈有规律的周期性波动，并且塑性应变率方向及各夹角的演化强烈依赖于应变路径的形状。 分析同时表明屈服的定义影响是多面的。不同的名义应变定义不仅影响着屈服面的形变，还对塑性应变率的方向产生影响，在预扭转后的混合加载过程中，名义应变取值越小（越接近比例极限屈服），塑性应变率的方向与偏应力的方向相差越大，反之则二者方向越接近重合。 文中采用一种率无关的非线性运动强化模型，讨论了模型的材料参数确定问题，提出了一种实用的模型参数确定方法，并用此方法确定了多晶铜材料的模型参数，利用这些参数进行了单轴对称循环及双轴循环加载的模拟计算。 屈服、后继屈服以及塑性流动规律是塑性理论的核心基础，本文的试验和理论分析表明：经典塑性理论关于屈服、后继屈服和塑性流动规律的描述是不够准确和不够合理的。这种理论上的不足，对于金属的强度估计特别是循环载荷下金属的疲劳强度估计有可能造成严重的偏差。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义及背景
• 1.1.1 屈服准则的研究概述
• 1.1.2 后继屈服面试验研究
• 1.1.3 后继屈服强化理论的研究
• 1.2 本文的研究内容
• 第二章 多晶铜后继屈服面的试验分析
• 2.1 引言
• 2.2 试验材料
• 2.3 试验过程
• 2.3.1 试验一: 预拉伸后继屈服面实验
• 2.3.2 试验二: 预扭转后继屈服面试验
• 2.4 试验结果分析
• 2.4.1 回推法定义的屈服面
• 2.4.2 两种试验加载路径的比较
• 2.4.3 平移应变法与回推法的比较—屈服点定义的影响
• 2.5 后继屈服面在π平面上的描述
• 2.5.1 屈服曲面在应力空间中的表述
• 2.5.2 （σ-τ）平面与π平面的转换
• 2.5.3 后继屈服面在π平面的演化
• 2.6 本章结论
• 第三章 多晶铜塑性流动规律研究
• 3.1 引言
• 3.2 双轴循环试验及加载路径
• 3.3 塑性本构关系
• 3.3.1 应力应变关系
• 3.3.2 Drucker公设
• 3.3.3 流动准则
• 3.4 塑性流动分析
• 3.4.1 比例加载塑性流动分析
• 3.4.2 非比例加载塑性流动分析
• 3.5 不同加载路径下的循环硬化特性比较
• 3.6 屈服定义对塑性应变率方向的影响
• 3.7 本章结论
• 第四章 非线性运动硬化模型描述单轴和多轴加载问题
• 4.1 引言
• 4.2 经典唯象硬化本构模型
• 4.2.1 Prager-Ziegler运动强化模型
• 4.2.2 Armstrong and Frederick模型
• 4.2.3 叠加等向强化的非线性运动硬化模型
• 4.2.4 叠加运动硬化的非线性模型
• 4.3 试验一:单轴循环试验
• 4.4 率无关非线性运动硬化本构模型
• 4.4.1 本构模型的建立
• 4.4.2 模型参数的确定
• 4.4.3 算例一:对称应变循环算例
• 4.5 试验二:双轴循环试验
• 4.5.1 算例一:圆形路径循环算例
• 4.5.2 算例二:十字形路径循环算例
• 4.6 本章结论
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 硕士期间发表论文
• 致谢