不同加载状态下TA2纯钛绝热剪切破坏响应特性研究



不同加载状态下TA2纯钛绝热剪切破坏响应特性研究

关于单一绝热剪切带形成机理及影响已有较多研究。从材料的本构关系出发，一般认为绝热剪切现象在宏观上表现为动态本构失稳，即等效应力-等效应变曲线从应变硬化转变为应变软化，相应地在微观上可以观察到高度集中的应变局域化，即绝热剪切带。为建立绝热剪切变形局部化的失稳模型，揭示绝热剪切带的发展规律，研究者采用Hopkinson 技术、圆柱试样动态压缩、薄壁管动态扭转、帽型试样动态剪切、动态压剪实验等来研究材料变形、绝热剪切起始破坏过程的动态力学行为，探讨绝热剪切临界起始条件及演化特性。宁波大学与北京理工大学的研究人员则采用帽型受迫剪切试样，对TA2纯钛的动态力学特性和本构失稳过程进行了研究。

首先对剪切区加载应力状态进行理论以及数值分析,通过合理设计帽型试样,剪切区变形可近似按剪切状态处理;结合二维数字图像相关法(DIC-2D)直接测试试样剪切区应变演化,给出帽型受迫剪切试验的等效应力-应变响应曲线。然后,利用Hopkinson压杆对TA2纯钛开展动态压缩以及帽型剪切对比试验研究,比较压缩、剪切试验得到的等效应力-应变曲线,采用“冻结”试样方法分析试样中绝热剪切局域化演化过程,探讨不同加载状态下TA2纯钛的绝热剪切破坏现象以及其动态力学响应特性。

实验结果表明,在塑性变形初始阶段,动态压缩及剪切加载下的等效应力-应变曲线符合较好,但随塑性损伤发展及绝热剪切带形成,两者出现分离,表明损伤及绝热剪切演化过程与应力状态相关。剪切试验得到的本构“软化”特性能够反映绝热剪切带起始、破坏演化过程的力学响应特性,而在动态压缩试验中,即使试样中已出现双锥形的绝热剪切带及局部裂纹分布,其表观等效应力-应变曲线并不出现软化特征,动态压缩试验无法得到关于绝热剪切起始、发展以及破坏的本构软化响应特性。

摘自《力学学报》