论文摘要
本文以三种不同晶粒度的高纯铝样品为研究对象,对高纯铝样品分别进行了动态和准静态的压缩与拉伸实验以及层裂实验,并结合光学显微观察和数值模拟技术,研究了高纯铝的动态力学性能以及损伤演化的基本规律。1.通过热处理工艺制备了平均晶粒尺寸分别为243μm、678μm和1070μm的高纯铝样品。2.使用SHPB（SHTB）实验装置与MTS万能试验机装置对三种高纯铝样品分别进行了高应变率（102103s-1）和低应变率（10-310-2s-1）的压缩和拉伸实验。实验结果表明,与静态实验的结果相似,高纯铝样品的动态压缩与拉伸特性不仅是应变率敏感的,而且对晶粒度也相当敏感;在动态条件下,流动应力与晶粒度的-1/2次方近似成线性关系,Hall-Petch公式成立,但是动态条件下的Hall-Petch系数与静态条件下的有所不同,是与应变和应变率相关的。3.基于实验结果,拟合了三种不同晶粒度高纯铝的Johnson-Cook（J-C）本构模型的相关参数,得到的拟合曲线与实验曲线吻合的比较好;并且发现随着晶粒度的增大,初始屈服应力和应变硬化系数减小,而应变率敏感性增强。4.对三种高纯铝样品进行了层裂实验,从实验中得到的应力历史图上可以看到明显的层裂信号,晶粒度对高纯铝的层裂特性基本没有影响。对回收样品进行了金相显微观察,结果表明高纯铝是以孔洞形核、长大及相互贯通的方式发生断裂的。统计结果表明,层裂面附近的孔洞分布比较密集,出现的孔洞尺寸较大;远离层裂面的区域,孔洞的数量比较少,也很少发现大尺寸的孔洞;5.利用LS-DYNA显式动力分析程序对层裂实验进行了数值模拟。由最大拉伸应力模型和T-B损伤累积模型数值模拟得到的应力时程曲线与实测曲线具有大体相同的变化趋势,但层裂发生后应力时程曲线震荡部分相差较大,主要是因为数值模拟过程中没有考虑损伤对材料本构的影响。