300M超高强钢高温本构模型的研究

• 作 者: 石旭
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 300M钢 热变形 金属切削 本构模型 有限元仿真

随着技术的革新，物理模拟和数值模拟技术在各个研究领域都获得了越来越广泛的应用，而模拟的精度，则取决于材料的本构模型，因此，材料的本构关系一直是材料与力学领域研究的热点。300M超高强度钢具有良好的力学综合性能，被大量应用于飞机的承力构件上。通过相应的资料可以了解到300M钢的室温力学性能数据，但是关于该材料高温塑性变形时的流变应力的研究还很不足。本文主要对300M钢的热变形本构模型以及金属切削变形本构模型进行研究。论文的主要研究内容包括：首先，通过在热模拟试验机上进行高温压缩实验，得到300M钢在一定变形条件范围内的应力-应变曲线，结合实验结果分析各热变形参数对流变应力的影响，结果表明：在应变速率不变的情况下，随着温度的升高，流变应力显著减小；在温度不变的情况下，随应变速率的增大流变应力也随之增大。其次，以高温热压缩实验得到的数据为基础，进行热变形本构模型的研究，分别应用Arrhenius方程以及BP神经网络两种方法建立300M钢的热变形本构模型，以表达流动应力与变形温度及应变速率的关系。通过预测出的流变应力值及其变化趋势，分析评价以上两种模型，并指出两种模型的优劣点。最后，分析并指出热变形本构模型与金属切削模型之间的区别，并结合现有的切削变形本构方程及实验方法，依据实验目的以及现有的实验条件，采用实验与切削理论分析相结合的方法，确定求解Johnson-Cook模型的建模路线，即利用准静态压缩实验以及正交切削实验，通过对实验结果的处理、计算，分别得到Johnson-Cook本构关系式中的五个系数的值，从而得到300M钢的Johnson-Cook本构关系方程式。并基于AdvantEdge FEM软件，导入求得的Johnson-Cook本构关系，对正交切削过程进行仿真模拟，通过仿真结果来验证本构模型的准确性。